Planter affyrer kemiske våben med utrolig præcision

Det er ikke altid lige sjovt at være en plante.

Med rødderne solidt plantet i jorden er det nemlig umuligt at stikke af, når eksempelvis et insekt lægger æg på et blad, og de udklækkede larver begynder at æde af det.

Derfor har alle planter da også udviklet snedige forsvarssystemer til at forhindre insekter og svampe i at fortære de mest vitale dele af planten. Det kan dreje sig om forsvarssystemer til at beskytte skrøbelige spirer, selve bladene, frøene eller frugterne

Hidtil har forskere haft svært ved at finde ud af, hvordan planter er i stand til hurtigt at skifte mellem de forskellige forsvarssystemer, der beskytter dem mod de forskellige former for angreb, men nu har danske forskere afluret planternes hemmeligheder.

»Det er den molekylære opbygning af forsvarssystemerne, der muliggør denne fleksibilitet, vi nu har afklaret. Det giver os en viden, som vi kan bruge til at lave bedre afgrøder og forstå, hvordan planter vil klare sig i en verden med klimaforandringer,« fortæller professor Birger Lindberg Møller fra Center for Syntesebiologi ved Københavns Universitet.

Studiet er netop offentliggjort i det prestigefyldte videnskabelige tidsskrift Science.

Forsker: Brilliant studie

Lektor Ros Gleadow fra Faculty of Science ved Monash University I Australien forsker selv i netop de planter, som de danske forskere har studeret, og hun kalder det nye forskningsarbejde intet mindre end brilliant.

Hun fortæller, at der i forskningskredse tidligere har været meget tvivl om delelementer af de mekanismer, som de danske forskere nu har kortlagt, men at der efter det nye forskningsresultat ikke kan være tvivl om, at det er sådan, at tingene hænger sammen.

»Der er virkelig meget data bag det her studie. God videnskab tager tid og kreativitet,« roser Ros Gleadow det nye forskningsarbejde.

Desuden mener hun ligesom Birger Lindberg Møller, at studiet baner vejen for en bedre forståelse af, hvordan man kan lave planter, som bedre kan modstå fremtidens klimaforandringer.

»Der er et behov for at udvikle sundere og mere bæredygtige afgrøder, der udnytter gødning mere effektivt, og som er i stand til at tolerere ekstrem varme og kronisk tørke. Studiet åbner for en ny måde at adressere det her problem på og lave afgrøder, der er mere sikre at spise. Jeg er meget begejstret for disse muligheder,« siger Ros Gleadow.

Mandler forsvarer sig med kemiske bomber

Nuvel, for at forstå det nye forskningsresultat er det nødvendigt at forstå, hvad planter egentlig gør, når de bliver angrebet.

Rigtig mange planter er eksempelvis i stand til at forsvare sig mod angreb fra insekter og svampe ved at aktivere et forsvarssystem, en slags ’kemisk bombe’, der frigør giftig cyanid gas (blåsyre).

Det sker vel at mærke kun det sted i planten, der er under angreb.

Det er denne proces, der gør bitre mandler, abrikos- og æblekerner giftige, idet der frigives cyanid, når kernerne knuses, eksempelvis hvis vi selv spiser dem.

Men planter råder over mange forskellige forsvarssystemer, der kan aktiveres individuelt, alt efter hvilke skadedyr der begynder at æde af planten.

»Enhver plante skal derfor være i stand til lynhurtigt, fleksibelt og med minutiøs præcision at omlægge sit stofskifte til produktion af et nyt sæt forsvarsstoffer,« forklarer Birger Lindberg Møller.

Sådan bruger planter cyanid som forsvar

Tag eksempelvis de bitre mandler, æblekernerne eller den afrikanske hirselignende afgrøde durra. De bruger alle cyanogene glycosider som et forsvarssystem.

Det cyanogene glycosid er i sig selv et ufarligt bittert stof og udvikler først giftigt cyanid, når cellerne, som stoffet opbevares i, ødelægges. Det sker jo netop, når du, jeg, et insekt eller en ko gnasker i dem.

Det er altså først i det øjeblik, hvor plantecellerne ødelægges, at der frigives en cyanidbombe lige i hovedet på den eller det, som tygger i planten.

Frigivelsen af cyanid gør insekterne syge, så de afholder sig fra at æde mere af planten.

Forskelligt forsvar mod forskellige trusler

Den konstante udskiftning af komponenterne giver planten mulighed for hurtigt at danne forskellige forsvarsstoffer mod forskellige trusler.

»Samtidig med at enzymkomplekserne er dynamiske og hele tiden ændrer sammensætning, skal de også sikre, at der ikke slipper ufærdige giftige mellemprodukter ud til skade for plantecellen selv,« fortæller Birger Lindberg Møller.

»Enkeltkomponenterne i enzymkomplekserne er således samlet meget præcist i forhold til hinanden på en måde, så enzymkomplekserne kommer til at fungere som et perfekt samlebånd, hvorfra kun det færdige forsvarsstof slipper ud,« fortsætter han.

For at enzymkomplekset skal kunne fungere på denne præcise måde, skal membranen, det sidder indesluttet i, være negativt ladet, og bestemte molekylære komponenter skal også være til stede.

»Enzymkomplekset bevæger sig desuden, som en slags vagthund, hurtigt rundt langs plantecellens membraner og kan på den måde producere forsvarsstoffer lige der, hvor det er mest nødvendigt, eksempelvis hvor en meldugspore er landet, parat til at invadere en plantecelle,« siger Birger Lindberg Møller.

Perspektiver for fremtiden

Ifølge Birger Lindberg Møller er forståelsen af planters forsvarsmekanismer vigtig for at vide, hvad der eksempelvis kommer til at ske med planterne i fremtiden, når klimaforandringerne for alvor sætter ind.

Når det sker, vil insekter og andre skadedyr flytte sig til områder, hvor de ikke lever i dag, og deres angreb skal planterne kunne modstå. Med resultatet af det nye forskningsarbejde i hånden kan forskerne forstå, hvordan planterne vil forsøge at gøre det.