Sukkertransport i planter kan forme fremtidens fødevarer
Et nyt studie fra Aarhus Universitet viser, hvordan små forskelle i planters transportproteiner kan få stor betydning for fødevareproduktion, sygdomsresistens og den grønne omstilling.
Forskerne Laust Bavnhøj og Camilla Gottlieb Andersen har forsket i sukkertransportens potentiale til at ændre fremtidens fødevarer. Fotos: Helene Eriksen
Hvordan vælger planter, hvilket sukker de skal optage?
Det spørgsmål har forskere på Aarhus Universitet stillet sig selv og fundet svarene på i et nyt studie.
Det studie er netop blevet offentliggjort i det anerkendte tidsskrift PNAS. Ved at sammenligne to næsten identiske transportproteiner i planten Arabidopsis thaliana har forskerne afsløret bittesmå forskelle, der afgør, hvilket sukker planten optager.
Resultaterne åbner op for nye muligheder i udviklingen af mere effektive og klimavenlige afgrøder.
Sukkertransportens præcise spil
Sukker er livsnødvendigt for planter og mennesker. I planter flyder sukker hovedsageligt rundt som sukrose – en kombination af glukose og fruktose – i hovedkarrerne. Når sukkermolekylerne skal bruges i f.eks. blade, frugter eller pollen, spalter planten sukrose og transportere de enkelte sukkermolekyler videre ved hjælp af specialiserede transportproteiner.
- Man kan lidt sammenligne det med vores blodårer. Sukker flyder rundt som sukrose i plantens »kar«, men der er brug for det andre steder – f.eks. i en frugt eller et voksende blad. Der skal det over i celler, som ikke er koblet direkte på hovedsystemet. Det klarer de transportere, vi har undersøgt, forklarer ph.d.-studerende Camilla Gottlieb Andersen, som er førsteforfatter på studiet, i en pressemeddelelse.
Studiet viser, at STP6 har en bedre sukkerprofil end STP10. Begge transporterer sukker ind i plantecellerne, men STP10 transporterer primært glukose, mens STP6 også håndtere fruktose, da dens sukkerbindingslomme er en anelse mindre præcist formet. Den lille »løshed« i strukturen giver plads til flere typer sukker.
- Hvis transporteren er ekstremt god til at genkende ét bestemt sukker, så bliver den også meget selektiv. Men hvis den er knap så god, så kan den faktisk tage lidt flere slags sukker ind, forklarer Camilla Gottlieb Andersen.
Ph.d.-studerende Camilla Gottlieb Andersen er førsteforfatter på studiet.
Frøæg og krystaller
For at opnå en dyb forståelse af transportproteinerne STP6 og STP10 benyttede forskerne både levende testsystemer og avancerede strukturbiologi. Ved hjælp af æg fra frøer, som fungerer som perfekte, encellede testsystemer, kunne de præcist måle, hvilke sukkerstoffer de enkelte proteiner optager.
- Det lyder måske mærkeligt, men frøæg er guld i transportforskning. Vi kan udtrykke vores proteiner i dem og måle, hvilke sukkerstoffer de tager op. Det er en af de mest præcise metoder, vi har, lyder det fra forskeren.
Samtidig er det lykkes forskerne at bestemme 3D-strukturen af STP6 og STP10 gennem krystallografi, som en teknik, der afslører proteiner helt ned på atomniveau. Selvom krystallografi er en teknisk krævende og gammeldags teknik, giver den en enestående detaljeringsgrad.
- Det er lidt old-school, men det giver os en opløsning, hvor vi virkelig kan se, hvordan sukkeret sidder i lommen. Det er dér, vi kan se den lille forskel, der gør STP6 og STP10 så forskellige, siger hun.
Ifølge Camilla Gottlieb Andersen er brugen af æg fra frøer guld i transportforskning.
Fra grundforskning til grøn omstilling
Studiet er grundforskning, og der kan derfor synes langt til anvendelse. Resultaterne peger ikke desto mindre i retning af noget større, da forståelsen af sukkertransport kan bruges til at udvikle planter, der udnytter deres energi mere effektivt, også måske bliver mere modstandsdygtige overfor sygdomme.
- Hvis vi kan forstå, hvordan planterne fordeler sukker, kan vi måske også få dem til at lave mere frugt, mere pollen eller vokse mere effektivt, siger Camilla Gottlieb Andersen og tilføjer:
- Det kunne være en jordbærplante, der bruger mindre energi på blade og mere på bær.
Desuden spiller sukkertransport en rolle i plantens forsvar mod sygdomme. Visse patogener, som svampen rust, lever direkte af plantens sukker. Hvis planten kan begrænse adgangen til sukker, kan den blive mere modstandsdygtig.
- Vi har set, at en mutation i en sukkertransporter kan gøre en plante immun over for visse sygdomme. Det åbner for, at man måske kan skrue på de her transportere, så planten kan beskytte sig selv bedre, forklarer hun.
Fremtidens planteavl
Camilla Gottlieb Andersen understreger, at der er tale om grundforskning. Hun ser dog store perspektiver, både i forhold til klimaudfordringer, fødevareproduktion og bæredygtighed.
- Vi drømmer ikke nødvendigvis om GMO’er (genmodificerede organismer red.). Men hvis man kan finde naturlige varianter af planter, der har de »gode« versioner af sukkertransporterne, så kan man måske avle på dem eller bruge CRISPR til at hjælpe dem på vej, siger hun.
I en verden med klimaudfordringer, befolkningstilvækst og behov for bæredygtige fødevaresystemer kan en mere effektiv sukkerhåndtering i planter få stor betydning.
- Forestil en tomatplante, der laver dobbelt så mange tomater, fordi den bruger sin egen energi smartere. Det ville være en kæmpe gevinst i fremtidens landbruger, siger Camilla Gottlieb Andersen.
