Genmodifiering ökade växters förmåga att ta upp kväve ur marken

Modellväxten backtrav tar upp organiskt kväve från marken, trots att dess rötter inte bildar symbios med mykorrhizasvampar. Det visar en ny SLU-ledd studie, som även visar att växter kan ta upp organiskt kväve i konkurrens med mikroorganismer i jorden, vilket tidigare har ifrågasatts.

Organiskt kväve kan alltså bidra till växtens kväveförsörjning, och grödor skulle kunna modifieras så att de blir mer effektiva på att använda organiskt kväve som näringskälla. Studien publicerades i senaste numret av tidskriften Plant, Cell & Environment.

Protein fungerar som aminosyratransportör
Klassisk växtnäringslära säger att växter tar upp kväve i form av nitrat eller ammonium, eller som kvävgas om de tar hjälp av kvävefixerande bakterier. Idag vet man att det finns växter som även kan utnyttja organiskt bundet kväve, men den allmänna uppfattningen har varit att det bara gäller vissa mykorrhizabildande växter i näringsfattiga jordar.

Vad forskarlaget från SLU visar, tillsammans med kollegor från Österrike och Australien, är att en icke mykorrhizabildande växt tar upp organiskt kväve när den växer i näringsrik åkerjord.

De nya fynden visar att växten är beroende av ett visst protein för att detta ska fungera. Proteinet i fråga är en aminosyratransportör och forskarna har utfört en rad experiment på genetiskt modifierad backtrav (Arabidopsis thaliana) som antingen saknar transportören eller överproducerar den.

Torgny Näsholm är professor i ekofysiologi vid Sveriges lantbruksuniversitet i Umeå och var den som ledde studien.

– Vi odlade växterna i jord i växthus, och genom att märka aminosyran glutamin med kol- och kväveisotoper kunde vi följa dess väg från jorden in i växten. Det visade sig att upptaget av aminosyran är mycket effektivt i växter som överproducerar aminosyratransportören och väldigt lågt i växter som saknar transportören, förklarar han.

Testar med modifierade potatiskloner
Dessutom hade plantorna som saknade transportören de lägsta kvoterna av kol/kväve, och de som överproducerade transportören de högsta kvoterna. Eftersom aminosyrorna teoretiskt sett skall leda till att växten får en högre kolkoncentration, tyder kvoterna på att växterna kontinuerligt tar upp organiskt kväve från marken.

– Studien utgör en milstolpe i vår forskning. Genom att använda genetiskt modifierade modellväxter har vi lyckats visa att markens aminosyror fungerar som kvävekällor för växter. Vi strävar också efter att öka växtens förmåga att ta upp kväve från marken och studien pekar på att optimering av växtens förmåga till upptag av just organiskt kväve kan vara en möjlig väg för att uppnå detta, säger Torgny Näsholm.

Backtrav är inte en jordbruksgröda utan en modellväxt som ofta används för att förutsäga effekterna av genetiska modifieringar i jordbruksväxter. Forskargruppen undersöker också hur man kan förbättra upptaget av organiskt kväve i potatis, inom forskningsprogrammet Mistra Biotech.

– Nu undersöker vi om det går att använda samma strategi för att öka upptaget av organiskt kväve i en jordbruksgröda. Vi har förökat upp modifierade potatiskloner för att undersöka om vi får samma ökning av kväveupptag i potatis som i backtrav.

Kontakt:
Torgny Näsholm, professor
Institutionen för skogens ekologi och skötsel, SLU
torgny.nasholm@slu.se
Ulrika Ganeteg, forskare
Institutionen för skoglig genetik och växtfysiologi, SLU
ulrika.ganeteg@slu.se“>ulrika.ganeteg@slu.se
Henrik Svennerstam, forskare
Institutionen för skoglig genetik och växtfysiologi, SLU
henrik.svennerstam@slu.se

Artikeln: Ganeteg, U., Ahmad, I., Jämtgård, S., Aguetoni-Cambui, C., Inselsbacher, E., Svennerstam, H., Schmidt, S., and Näsholm, T. (2017) Amino acid transporter mutants of Arabidopsis provides evidence that a non-mycorrhizal plant acquires organic nitrogen from agricultural soil. Plant, Cell & Environment, 40: 413–423. doi: 10.1111/pce.12881.
http://dx.doi.org/10.1111/pce.12881