Bron: Science Daily | Methode: Herschreven
Origineel: “Small root mutation could make crops fertilize themselves”
Scientists discovered a small protein region that determines whether plants reject or welcome nitrogen-fixing bacteria. By tweaking only two amino acids, they converted a defensive receptor into one that supports symbiosis. Early success in barley hints that cereals may eventually…
Wetenschappers van de Universiteit van Aarhus hebben een baanbrekende ontdekking gedaan die de landbouw fundamenteel zou kunnen veranderen. Door slechts twee aminozuren te wijzigen in een planteneiwit, slaagden ze erin om gewassen te laten samenwerken met stikstofbindende bacteriën in plaats van ze af te weren.
**Revolutie in de landbouwsector**
“We zijn een stap dichter bij een groenere en klimaatvriendelijkere voedselproductie”, concluderen professoren Kasper Røjkjær Andersen en Simona Radutoiu van de afdeling moleculaire biologie. Hun onderzoek, gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature, biedt hoop voor een drastische vermindering van de afhankelijkheid van kunstmest in de landbouw.
De huidige kunstmestproductie vertegenwoordigt ongeveer twee procent van het wereldwijde energieverbruik en veroorzaakt aanzienlijke CO2-uitstoot. Deze nieuwe ontdekking zou die impact drastisch kunnen verminderen.
**Het geheim van peulvruchten ontrafeld**
Terwijl de meeste gewassen volledig afhankelijk zijn van kunstmest voor hun stikstofvoorziening, hebben bepaalde planten zoals erwten, klaver en bonen een unieke eigenschap: ze kunnen groeien zonder toegevoegde stikstof. Deze peulvruchten vormen een partnerschap met gespecialiseerde bacteriën die stikstof uit de lucht omzetten in een vorm die de plant kan opnemen.
Dit proces, symbiose genoemd, vindt plaats in de wortels van de plant. De bacteriën nestelen zich in het wortelweefsel en delen de omgezette stikstof met hun gastheer. In ruil daarvoor krijgen ze voedingsstoffen van de plant.
**De moleculaire schakelaar ontdekt**
Het Deense onderzoeksteam identificeerde hoe planten op cellulair niveau beslissen of ze bacteriën als vijanden of als vrienden behandelen. Deze beslissing wordt genomen door receptoren op het celoppervlak die chemische signalen van micro-organismen in de bodem kunnen lezen.
De doorbraak ligt in de ontdekking van een klein gebied in het receptoreiwit, dat de onderzoekers ‘Symbiosis Determinant 1’ noemden. Dit gebied functioneert als een schakelaar die bepaalt welke interne boodschap de plant ontvangt: alarm (immuunsysteem activeren) of welkom (symbiose toestaan).
“Dit is een opmerkelijke en belangrijke vinding”, aldus professor Simona Radutoiu. “We hebben aangetoond dat twee kleine veranderingen ertoe kunnen leiden dat planten hun gedrag op een cruciaal punt wijzigen – van het afwijzen van bacteriën naar samenwerking met hen.”
**Succesvolle testen in gerst**
In laboratoriumexperimenten slaagden de onderzoekers er eerst in om deze verandering door te voeren in de plant Lotus japonicus. Vervolgens testten ze het concept in gerst, een belangrijke graansoort, met veelbelovende resultaten.
“Het is vrij opmerkelijk dat we nu in staat zijn om een receptor van gerst te nemen, er kleine veranderingen in aan te brengen, en dan werkt de stikstofbinding weer”, verklaart professor Kasper Røjkjær Andersen.
**Perspectief voor belangrijke voedselgewassen**
Het langetermijnpotentieel van deze ontdekking is enorm. Als deze modificaties kunnen worden toegepast op andere granen, zou het uiteindelijk mogelijk kunnen zijn om tarwe, maïs of rijst te kweken die zelf stikstof kunnen binden, net zoals peulvruchten dat doen.
Echter, de onderzoekers benadrukken dat er nog werk te verrichten is. “We moeten eerst de andere, essentiële sleutels vinden”, merkt Radutoiu op. “Slechts zeer weinig gewassen kunnen vandaag symbiose uitvoeren. Als we dat kunnen uitbreiden naar veelgebruikte gewassen, kan het echt een groot verschil maken in hoeveel stikstof er gebruikt moet worden.”
**Impact op klimaat en milieu**
De potentiële milieuvoordelen van deze technologie zijn aanzienlijk. Kunstmest is niet alleen energie-intensief om te produceren, maar draagt ook bij aan broeikasgasemissies en kan leiden tot watervervuiling door overmatige stikstof in het milieu.
Gewassen die hun eigen stikstof kunnen produceren, zouden de druk op kunstmestproductie kunnen verminderen en tegelijkertijd de voedselzekerheid kunnen verbeteren, vooral in regio’s waar kunstmest duur of moeilijk verkrijgbaar is.
**Vooruitblik**
Hoewel deze doorbraak veelbelovend is, bevinden we ons nog in de vroege stadia van deze technologie. De onderzoekers moeten nog andere essentiële componenten identificeren die nodig zijn om het volledige stikstofbindingsproces in graangewassen te laten werken. Desondanks markeert deze ontdekking een belangrijke mijlpaal op weg naar een duurzamere landbouw die minder afhankelijk is van externe inputs en meer in harmonie is met natuurlijke processen.