Zinkkontrol i planter kan hjælpe 2 milliarder underernærede

Miljø og bæredygtighed 17. apr 2021 3 min Postdoc Grmay Hailu Lilay Skrevet af Morten Busch

Over 2 milliarder mennesker verden over er underernærede på grund af zinkmangel. Det skyldes ufrugtbar og overopdyrket landbrugsjord i fx Asien og Afrika, og i takt med at kosten bliver mere plantebaseret i resten af verden, vokser problemet. Nu har forskere opdaget, hvordan man kan kontrollere zinkoptaget i planter og øge frøzinkindholdet med 50 procent. Foreløbig er det kun lykkedes i modelplanten Arabidopsis Thaliana, men hvis det kan reproduceres i ægte afgrøder, kan den nye viden på sigt føre til dyrkning af mere nærende afgrøder.

Interesseret i Miljø og bæredygtighed? Vi kan holde dig opdateret helt gratis

At man kan være underernæret selv om man får rigeligt at spise, kan måske virke som et paradoks for mange, men underernæring handler om langt mere end sult. Mennesker har brug for mindst 49 forskellige næringsstoffer i deres kost for at imødekomme deres behov. Mangel på dem kan føre til sygdom og nedsat udvikling hos børn. To tredjedele af alle børnedødsfald i verden skyldes de ernæringsmæssige mangler på fx vitamin A, jern og zink. Nu har forskere afdækket en mekanisme i planter, som kan blive brugt til at tackle disse globale sunhedsproblemer.

”Zinkmangel påvirker omkring 2 milliarder mennesker, der lever af en plantebaseret kost. Planterne optager ikke zink nok fra jorden, men nu er det lykkedes os at finde og bruge en molekylær kontakt i planten Arabidopsis Thaliana, så de optager mere zink fra jorden, tilsyneladende uden negativ indvirkning på planten. Nu håber vi at kunne genskabe mekanismen i andre planter for at sikre et tilstrækkeligt tilskud af zink hos mennesker, der lever af disse planter,” forklarer førsteforfatter Grmay Lilay, der er postdoc ved Institut for Plante- og Miljøvidenskab ved Københavns Universitet.

50 % højere zinkindhold

Zink er vigtigt – både for proteiners struktur og for at de fungerer katalytisk – så for både mennesker som planter gælder det, at for at proteiner og hele organismen skal fungere, skal der opretholdes en optimal zinkforsyning. Planter har derfor avancerede mekanismer, der fornemmer mængden af zink i jorden og sikrer, at det optages nok. Det er de sensorer, forskere nu har undersøgt.

”Hos planter påvirker fraværet af zink væksten. Mindre zink – lavere vækst, men forskerverdenen har længe forsøgt at forstå, hvordan planterne faktisk øger og mindsker zinkoptagelsen. Det er lykkedes os at identificere to specifikke proteiner, bZIP19 og bZIP23, der fungerer som zink-sensorer og bestemmer plantens evne til at optage og transportere zinken gennem plantevæv,” siger Grmay Lilay.

De to proteiner er såkaldte transkriptionsfaktorer, der sikrer, at de rigtige gener er udtrykt i den rigtige celle på det rigtige tidspunkt og i den rigtige mængde. Når der er nok zink i planten, bindes zink til bZIP19 og sender signal om, at planten ikke behøver at optage yderligere zink. Er der derimod ikke nok, bindes zinken ikke til proteinerne. Som svar går planten i gang med at optage mere zink fra jorden. Det var den on-off-kontakt, forskerne ønskede at lære at forstå og styre.

”Efter at have vist, at bZIP19- og bZIP23-proteinerne binder til zink, forsøgte vi at fjerne specifikke dele af proteinet for at se, om vi kunne ødelægge zinkbindingen. Det lykkedes os at finde og fjerne de særlige lommer i proteinerne, hvor zink kan binde, og vi ventede derfor spændt på at se, hvordan vores planter ville reagere på den ændring,” uddyber Grmay Lilay.

Effekten var stor. Arabidopsis-planterne, i Danmark også kendt som gåsemad, med de ændrede zinksensorer optog 50 % mere zink fra jorden –  uden tilsyneladende at tage skade af den ekstra zink. Ved at foretage en lille ændring i sensoren har forskerne på den måde fået planten til at tro, at det er i en permanent tilstand af zinkmangel.

”Det er et stort videnskabeligt gennembrud, at vi nu har kunnet vise, at det er muligt at øge zinkoptagelsen i vores eksperimentelle Arabidopdis-plante, men det næste trin er at genskabe resultaterne i ægte afgrøder. Vi er allerede godt på vej til at gøre det i bønner, ris og tomatplanter. Hvis det lykkes, så er vejen for alvor banet for at skabe nogle mere nærende afgrøder,” siger Grmay Lilay.

GMO genskabes via forædling

Endnu er det for tidligt at konkludere, om de zinksultne planter vil være anvendelige i praksis. Først og fremmest skal det undersøges til bunds, om planterne med det ekstrahøje zinkindhold også er sunde – så planterne kan spises ligeså godt som andre planter.

”Vi kan se, at de her zinksensorer har været bevaret i mange plantearter og igennem årtusinder, hvilket normalt vil betyde, at der er en god grund til, at planterne har bevaret dem – måske for at holde et lavt zinkindhold. Måske af en helt anden årsag, som vi ikke kender endnu,” fortæller Grmay Lilay.

En anden udfordring er et tilbagevendende problem, nemlig at ændringen i zinksensoren er skabt via genetisk modificering. En teknologi, der endnu ikke er accepteret i planter til fødevarebrug. Helt så restriktiv er lovgivningen dog ikke i de dele af verden, hvor næringsproblemet fører til millioner af dødsfald blandt børn årligt.

”En anden mulighed er at genskabe ændringen via traditionelle forædlingsmetoder. Det er muligt, nu da vi ved, hvad det er for gener, der skal ændres, selv om det selvfølgelig tager længere tid og også er sværere at sikre, at der ikke sker andre ændringer. I takt med at resten af verden spiser mindre kød og flere planter, vil problemet formentlig også brede sig, så vi håber at kunne skabe nogle planter, der kan løse udfordringen alle steder i verden,” slutter Grmay Lilay.

Arabidopsis bZIP19 and bZIP23 act as zinc sensors to control plant zinc status” er udgivet i Nature Plants. Hovedforfatter og principal investigator Ana Assunção modtog i 2018 støtte fra Novo Nordisk Fonden til projektet ”Zinc/on – the molecular switch for zinc biofortification in plants”.

Research at the department focuses on plants, animals, soil and microorganisms – from molecules through organisms to populations and anthropogenic eco...

Dansk
© All rights reserved, Sciencenews 2020