Forskare vid Umeå Plant Science Centre har gjort en genombrott inom växtbiologi som kan få stor betydelse för jordbruket i en allt varmare värld. Tre forskare har identifierat en avgörande signal som kan förhindra celldöd i växter under extrema stressförhållanden.

Upptäckten kommer vid en kritisk tidpunkt då klimatförändringarna ställer allt högre krav på växternas överlevnadsförmåga. Dagens växter är genetiskt inte förberedda för att överleva extrem hetta och långa perioder av torka, vilket får allvarliga konsekvenser för både naturliga ekosystem och jordbruksproduktion.

Olivier Keech, som leder forskningsprojektet, pekar på den varma sommaren 2018 som ett tydligt exempel på problemets omfattning. Enbart i Sverige dog miljontals träd under den sommaren till följd av torkan. Händelser som denna förväntas bli allt vanligare i takt med att klimatet förändras.

Forskningen fokuserar på den genetiskt programmerade bladåldringsprocessen, kallad bladsenescens, som är synlig när ett blad gulnar. Denna process är faktiskt en naturlig överlevnadsmekanism som gör det möjligt för växten att återvinna molekyler från åldrande och skadade blad. Innan ett blad dör återvinner växten viktiga näringsämnen, särskilt kväve, som sedan transporteras till andra delar av växten där de behövs mer.

Under torka blir denna återvinningsprocess särskilt kritisk. För att öka växtens förmåga att återhämta sig när torkan väl upphör är det avgörande att hålla åldrande blad vid liv tillräckligt länge för att de ska hinna transportera näringsämnen till resten av växten. Om torkan pågår för länge kan bladcellerna passera en punkt där återhämtning inte längre är möjlig.

Det är här som den nya upptäckten får sin betydelse. Forskarna har visat att när aminosyran arginin ackumuleras i cellens cytosol, det vill säga den vätska som finns inuti cellen, så har det en positiv signaleffekt mot celldöd. Cytosolen är cellens innersta miljö där många viktiga biokemiska processer äger rum.

Forskningsresultaten visar att höga nivåer av arginin i cytosolet innebär att det fortfarande är möjligt för växten att återhämta sig från stress. När arginin-nivåerna däremot sjunker tolkar cellerna detta som att återvinningen av näringsämnen är komplett, och växten startar då processen för bladets död.

Olivier Keech förklarar att det genom att reglera cytosoliskt arginin med hjälp av olika molekylära tekniker skulle vara möjligt att kontrollera den så kallade ”point of no return”, det vill säga den punkt då cellerna inte längre kan återhämta sig och dör. Denna kontroll skulle kunna bli en nyckel till att rädda växter efter stressperioder.

Mekanismen som forskarna har identifierat skulle alltså kunna användas för att rädda växter efter en stressig period, såsom en utdragen torka. Med hjälp av den nya kunskapen skulle det vara möjligt att modifiera innehållet av arginin under celldödsprocessen och på så sätt förlänga cellernas förmåga i växten att överleva stressen.

Keech betonar vikten av att förstå både döds- och överlevnadsmekanismer i växter. Han förklarar att om man förstår hur växter dör, så förstår man också hur de kan överleva. Detta gör forskningen oerhört viktig, och många forskare världen över försöker förstå de molekylära mekanismer som påverkar celldöd, men enligt Keech har de inte exakt samma forskningsstrategi som teamet i Umeå.

Upptäckten kan få långtgående konsekvenser för utvecklingen av mer motståndskraftiga grödor och för bevarandet av naturliga ekosystem i en tid av ökande klimatstress. Genom att kunna manipulera växternas förmåga att överleva extrema förhållanden öppnas nya möjligheter för att säkra livsmedelsproduktion och bevara biologisk mångfald i ett förändrat klimat.