Ældgammel kornsort har kæmpe klimapotentiale og kan blive vigtig i Europas fremtid

Sorghum er en af verden ældste kornsorter og har mange egenskaber, der kan gavne fødevaresikkerhed, klima og biodiversitet. Mekanismerne bag egenskaberne har dog været en gåde for forskerne, og det har stået i vejen for en effektiv dyrkning. Ny teknik og biobank, udviklet i et samarbejde ..
Hånd der holder en sorghum-plantetop
Sorghum er allerede en vigtig afgrøde i Afrika, men forskerne mener, den også har potentiale til at blive det i Europa. Foto: Getty

Den er rig på planteproteiner, fibre og mineraler, og naturligt glutenfri. Den udnytter jordens kvælstof bedre og har derfor begrænset behov for gødning til gavn for både klima og biodiversitet. Og så kan den klare både tørke og oversvømmelser. Planten sorghum, også kendt som durra har en liste af kvaliteter, som er alenlang.

Der er med andre ord gode grunde til at planten i disse dage nyder en voksende opmærksomhed blandt både forskere og industri, der ser stort potentiale for sorghum i en fremtidig verden med klimaforandringer - hyppige tørkeperioder og oversvømmelser.

Der er bare et problem: Det er en gåde, hvordan den gør det.

Men nu giver en ny teknik, ’FIND-IT’, der effektivt kan finde nye mutationer i bestemte gener i store frøsamlinger, håb for at plantens potentiale kan låses op. Sammen med en ny stor frøsamling, forventer forskerne bag, at varianter af afgrøden, som kan dyrkes effektivt i både nordlige og sydlige breddegrader, vil kunne udvikles på rekordtid.

I en videnskabelig artikel udgivet i en særudgave af plantetidsskriftet Physiologia Plantarum med fokus på nye forædlingsteknikker, præsenterer forskerne de to nye forskningsressourcer, der er udviklet i et tæt samarbejde mellem Københavns Universitet, Carlsberg Laboratorium og University of Queensland i Australien.

Sorghum er naturligt resistent mod genetisk transformation. Selv moderne genetiske redskaber som CRISPR og GMO, der normalt kan lave flere ændringer i en plantes genetiske sammensætning end traditionel forædling – og gøre det mere præcist og hurtigere - virker dårligt i sorghum.

Det udfordrer udviklingen af landbrugsmæssige egenskaber i planten, for traditionel forædling tager lang tid. Her skaber de nye forskningsressourcer dog en helt ny situation.

”Med projektet har vi fået en større høstak, sådan næsten bogstaveligt talt, i form af en omfattende samling af sorghumplanter og deres frø, der repræsenterer næsten hele den genetiske variation af sorghum. Og samtidigt har vi med ’FIND-IT’  fået en teknik, der gør det muligt hurtigt og effektivt at finde nålen i høstakken i form af de varianter i bestemte gener, som vi mistænker for at være afgørende for plantens egenskaber, siger lektor Nanna Bjarnholt fra Institut for Plante- og Miljøvidenskab ved Københavns Universitet.

Marker tilsået med sorghum blev dyrket og høstet i Queensland og frøene samlet til en biobank, der i store træk dækker plantens fulde genetiske spændvidde. Det gør det muligt at forske langt mere effektivt, fordi de muligheder som planten rummer i langt højere grad er tilstede end i mindre samlinger, når forskerne leder efter særlige gener, man formoder hænger sammen med bestemte egenskaber.

Teknikken til at fremdyrke de mange varianter er en ældre metode, hvor planten via en kemisk reaktion muterer af sig selv, og er således ikke begrænset af EU’s GMO lovgivning. Varianterne kan derfor umiddelbart godkendes som afgrøder i Europa.

Til at søge efter gener i frøsamlingen anvendes en ny metode udviklet i Carlsberg Laboratorium, som går ud på at dele frøsamlingen af sorghum-varianter med forskellig genetisk sammensætning op i mindre portioner og udså disse i forskellige felter på marken. I disse felter tager man et antal frø fra hver plante, blander dem sammen og isolerer DNA’et fra alle frøene i et enkelt ekstrakt.

Ved hjælp af en særlig følsom PCR-test, som vi kender fra covid-19 tests, kan man så søge efter DNA-sekvenser i hele felter og således indsnævre eftersøgningen, i stedet for at skulle have alle planter igennem processen en for en.

”Vi kan dele den notoriske høstak op i mindre dele og finde ud af hvilken del nålen gemmer sig i. Det gør arbejdet enklere og væsentlig mere effektivt. Det sparer tid og ressourcer, og betyder i sidste ende, at vi kan undersøge 150.000 individuelle planter – og dermed langt flere genvarianter - i stedet for som tidligere at være begrænset til nogle få tusinde planter,” forklarer Søren Knudsen fra Carlsberg Laboratorium.

Stort potentiale i både Europa og det globale Syd

Sorghum er allerede en af de vigtigste afgrøder i det globale syd – især i det centrale og sydlige Afrika. Samtidig er der et stort potentiale for dyrkning af sorghum på Europæiske breddegrader.

Fakta om: Sorghums mange kvaliteter

Klima og biodiversitet: Planten er usædvanlig effektiv i sin udnyttelse af jordens kvælstof, hvilket kan betyde et mindre behov for gødning -> reduceret udledning af CO2 og andre drivhusgasser + biodiversitets-bevarende pga. mindre forurening af vandveje.

Fødevaresikkerhed: Regn-, varme- og tørkeresistens kan hjælpe med at sikre afgrøden i fremtid med hyppige tørkeperioder, ekstreme temperaturer og oversvømmelser pga. klimaforandringer.

Sundhed: Højt indhold af proteiner, fibre og antioxidanter. Og er desuden naturligt glutenfri til gavn for mennesker med gluten-intolerance – i mel til brød, øl og mange andre produkter. Svært nedbrydelig stivelse -> langsom optagelse af kulhydrater -> stabilt blodsukker.

”I Europa kan vi få stor gavn af sorghum-plantens gode næringsindhold og robusthed overfor eksempelvis tørke, når vi med de nye ressourcer har mulighed for at udvikle en effektiv sorghum-afgrøde der både er optimeret til europæiske dyrkningsforhold og til at producere frø med en gunstig næringssammensætning og gode egenskaber i fremstilling af nye plantebaserede fødevarer. Samtidigt er det et godt afsæt for også at udvikle forædlede varianter, som kan dyrkes mere effektivt sydpå i fx det sydlige Afrika, hvor behovet for tørkeresistens og optimal udnyttelse af jordens næringsstofindhold kan blive endnu vigtigere” siger professor Birger Lindberg Møller, også fra Institut for Plante- og Miljøvidenskab ved Københavns Universitet.

Forskerne står allerede nu klar med en række spor, som de glæder sig til at forfølge, så plantens potentiale kan låses op.

”Helt konkret så kender vi en del kandidater til gener i planten, som vi mener kan hænge sammen med tørkeresistensen, og ligeledes for andre kvaliteter i sorghum. Disse idéer kan vi nu få afklaret. Ligesom andre forskere kan benytte det her arbejde til deres forskning i planten. Der er grund til optimisme, for vi ved at sorghum har en kæmpe potentiale,” siger Nanna Bjarnholt.

En masse sorghum
Foto: Getty

Den rigtige jord, den rigtige teknik - og den rigtige forbindelse

Forskerne på Københavns Universitet og Carlsberglaboratoriet har leveret ekspertisen i forhold til sorghum-planten - og udvælgelsen af de rette genvarianter i den 150.000 varianter store frøsamling. De har desuden været bindeledet til den praktiske know-how hos forskerne i den tørre og varme stat Queensland i Australien, som er eksperter i at dyrke planter under stressede jordforhold.

Både den nye frøsamling og teknikken er gjort tilgængelig for andre forskere, og porten er dermed åbnet for forskning i planten af en anden skala end tidligere.

De næste års forskning kan hjælpe med at afdække sorghums hemmeligheder. Dens egenskaber kan fremelskes i en forædling, og vi bliver klogere på de bedste betingelser, når den dyrkes. Men ny viden kan også betyde at nogle af dens egenskaber vil blive forstået i en grad, der gør det muligt at overføre dem til andre planter, håber forskerne. Et godt eksempel er majs.

”Sorghum er nært beslægtet med majs, men langt mere robust overfor eksempelvis tørke og har en kortere modningstid, som kan være nødvendig især på nordlige breddegrader, hvor somrene er korte. Til gengæld er den ikke lige så glad for kulde. I det bedste scenarie vil den forskning, som begynder nu, kunne give udbytte i begge retninger: Majsplanter med en kortere modningstid og tørkeresistens og sorghum-afgrøder, der tåler kulden ligeså godt som majs. ,” lyder det fra lektor Nanna Bjarnholt.

Majs dyrkes i dag i Danmark og kan plantes relativt tidligt i den kolde jord. Dens modningstid under disse forhold er dog så lang, at majskolberne ofte ikke når at blive færdige, og derfor hovedsageligt anvendes som dyrefoder. Sorghum er derimod hurtigt færdigmodnet, men kan ikke klare kulden i dag og har derfor stadig for kort vækstsæson til at producere frø i det nordlige Europa.

Tilsammen udgør de nemlig en stor forskningsressource, fordi den store samling af varianter med hidtil uhørt fart kan gennemsøges for enkelte gener. Det sker ved at opdele samlingen i mindre grupper og således indsnævre undersøgelsen med PCR-tests – kendt fra covid-19 testning - af hver enkelt gruppe for de rigtige DNA-sekvenser. Metoden har mangedoblet det antal varianter forskningen kan arbejde med.

”Vi ser allerede en stor interesse fra forskningsmiljøer rundt om i verden. Vi har studeret planten i mange år, men den er stadig gådefuld. Der er enormt meget vi ikke ved om den og hvorfor den har de egenskaber som den har. Men der er en bevidsthed mange steder om, at det her er en plante med stort potentiale, ”siger Nanna Bjarnholt.

Om forskningen

Følgende har bidraget til forskningsprojektet:

Fra Institut for Plante- og Miljøvidenskab, Københavns Universitet:
Nanna Bjarnholt
Mette Sørensen
Donka Teneva Koleva
Birger Lindberg Møller (også tilknyttet The University of Queensland)

Fra The University of Queensland, St Lucia, QLD, Australien:
Patrick John Mason
Agnelo Furtado
Rajesh Nomula
Robert James Henry

Fra Carlsberg Research Laboratory, København:
Anko Blaakmeer
Pai Rosager Pedas
Søren Knudsen
Birgitte Skadhauge

Fra Seedtek Pty Ltd, Toowoomba, QLD, Australien:
Peter Norman Stuart

Kontakt