Kunnen wetenschappers groenten en fruit veerkrachtig maken tegen klimaatverandering?

In sommige opzichten, zegt Bonany, is Tutti al verouderd.

“Temperaturen boven de 40°C, die in onze toekomst steeds vaker voorkomen, zullen voor echte problemen zorgen”, zegt Mario Andrade, plantengeneticus aan de Universiteit van Maine in Orono en onderzoeker aan het klimaatbestendige aardappelproject.

Wat gebeurt er met gewassen als de temperatuur stijgt?

Om dat bewegende doel te bereiken, beginnen wetenschappers met wat ze weten over de manier waarop planten met warmte omgaan.

Onderzoek heeft aangetoond dat zelfs een kleine temperatuurstijging tijdens het oogstseizoen de opbrengst van veel planten aanzienlijk kan verzwakken. Wereldwijd komt bijvoorbeeld elke stijging van 1 graad C overeen met een opbrengstverlies van respectievelijk 10 procent en 6,4 procent voor rijst en tarwe – voedingsmiddelen die, samen met maïs, verantwoordelijk zijn voor het grootste deel van de voedselcalorieën in de wereld.

Maar dat is slechts een van de vele dingen die mis kunnen gaan als de temperatuur stijgt. Andere tekenen van hittestress die u vaak tegenkomt bij uw eigen tuinplanten zijn onder meer verwelking, langzamere groei, tekenen van verbranding van bladeren en stengels, kleinere groenten en fruit, of planten die bloeien maar helemaal geen gewassen produceren – een teken dat hun stuifmeel, dat gevoelig is voor hitte, wordt beschadigd. Sommige planten uiten zelfs hun nood en maken kleine ultrasone klikjes als ze echt dorst hebben (SN: 30.3.23).

Naarmate de temperatuur blijft stijgen, beginnen juist de eiwitten die essentiële plantfuncties uitvoeren, zoals het aansturen van de fotosynthese, het transporteren van water en voedingsstoffen en het voorkomen van ziekten, zich te ontwikkelen en af ​​te breken, zegt Owen Atkin, plantenwetenschapper aan de Australian National University in Canberra. ontwikkelt resistente tarwe tegen de hitte. Planten kunnen deze schade herstellen met behulp van snelwerkende warmte-eiwitten. En na 50°C kunnen planten de chemische samenstelling van hun celmembranen gaan veranderen om te voorkomen dat hun lipiden smelten als boter die op het aanrecht blijft liggen. Maar ze doen het tegen een prijs.

“De kosten van levensonderhoud terwijl je probeert te repareren, repareren, repareren, omdat de degradatie steeds sneller wordt, betekent dat je veel meer energie besteedt aan overleven”, zegt Atkin. “We hebben baanbrekend werk nodig om onszelf tegen dat soort schade te beschermen.”

Zet de vriezer op het vuur

De meeste nieuwe plantenvariëteiten worden vandaag de dag nog steeds geproduceerd zoals ze al duizenden jaren worden gedaan, via een proces dat bekend staat als selectief fokken, waarbij ouders met gewenste eigenschappen worden gekruist en hun nakomelingen door opeenvolgende generaties worden geperst totdat alleen de sterkste overblijven. Het is een tijdrovend proces en er zijn niet veel manieren om het in te korten: “De plant groeit net zo snel als de plant groeit”, zegt Andrade, maar er zijn nieuwe manieren om het proces efficiënter te maken.

Een van de meest urgente uitdagingen is het feit dat onderzoekers en fokkers tegenstrijdige behoeften met elkaar in evenwicht moeten brengen. Een plant die bestand is tegen hitte maar vatbaar is voor ziekten, zal niet verkopen, net zo min als een plant die resistent is tegen ziekten, maar fruit van slechte kwaliteit produceert. Elk van deze eigenschappen kan worden gecontroleerd door honderden genen, die allemaal op onverwachte manieren werken. Het is een data-nachtmerrie die het bestuderen van de genetische basis voor verschillende eigenschappen tot een uitdaging maakt.

Nu heeft de mogelijkheid om de volledige genetische code van een plant te screenen echter een nieuw tijdperk van genoomondersteunde veredeling ingeluid, waarin wetenschappers nog steeds kruisen, maar moderne hulpmiddelen gebruiken om hun selecties te begeleiden. Wetenschappers kunnen nu bijvoorbeeld de genetische samenstelling van verschillende cultivars vergelijken om te onderzoeken welke kenmerken van hun DNA de ene soort een grotere hittebestendigheid kunnen geven dan de andere. Het maakt ook de noodzaak teniet om te wachten tot elke generatie groot genoeg is om de eigenschap te vertonen. Onderzoekers kunnen nu snel naar de genetische code van een ras kijken om te bepalen of de kruising het gewenste gen heeft en hun lijst met mogelijke kandidaten beperken.

Veredelaars kunnen ze pas beginnen te manipuleren als ze de exacte genen kennen die deze eigenschap aansturen, zegt Rajeev Varshney, directeur van het Centre for Crop and Food Innovation aan de Murdoch University in Perth, Australië. Bij deze manipulatie kan sprake zijn van genetische modificatie, waarbij een gen van de ene soort aan een andere soort wordt toegevoegd, of van hulpmiddelen voor het bewerken van genen, zoals CRISPR/Cas9, waarmee wetenschappers kleine fragmenten van de code van een plant kunnen aanpassen – veranderingen die klimaatvriendelijke aardbeien, tomaten en tomaten hebben opgeleverd. , en aardappelen.

In één onderzoek identificeerden onderzoekers een gen genaamd BijGRXS17 in Arabidopsis, een kleine plant uit de mosterdfamilie die veel wordt gebruikt in onderzoek en die betrokken lijkt te zijn bij droogtetolerantie. Toen ze het gen aan tomaten toevoegden en tien dagen lang geen water gaven, behielden de gemodificeerde planten hun kracht en produceerden ze fruit, terwijl planten zonder het gen dat niet deden. In de tweede plaats het gebruik van CRISPR/Cas9 om een ​​gen genaamd FaPG1 produceerde stevigere aardbeien die het water beter vasthielden.

Op dit moment blijven deze geavanceerde tools duur in het gebruik, dus ontwikkelen particuliere bedrijven ze doorgaans voor grootschalige operaties. Als zodanig zijn de meeste landschapsgewassen momenteel buiten bereik van de gemiddelde tuinman. De eerste variëteit die rechtstreeks aan hoveniers werd verkocht, werd onlangs in februari 2024 op de markt gebracht: een dieppaarse tomaat die zijn kleur krijgt dankzij verschillende genen die zijn gestolen van libellen.

Maar Varshney merkt op dat de kosten gestaag dalen, en dat we waarschijnlijk binnenkort meer opties voor consumenten zullen zien. ‘De komende jaren zullen de ontdekkingen veel sneller komen’, zegt hij. “Ik ben erg optimistisch dat we veel meer hitte- en droogtetolerante planten zullen hebben.”

Kunnen we technieken uit het verleden gebruiken voor toekomstige gewassen?

Het is mogelijk om traditioneel gekweekte zaden te kopen van commerciële bedrijven die op de markt worden gebracht als “hittetolerant” – wat betekent dat ze relatief goed groeien in warme omstandigheden vergeleken met niet-aangepaste soorten. Maar een groeiende beweging moedigt tuinders aan om hun planten lokaal te betrekken, vooral als je al op een hotspot woont.

Zelfs een speciaal ontwikkelde plant als Tutti slaagt misschien niet op elke nieuwe locatie, maar planten die ter plekke zijn gegroeid, zijn vaak op unieke wijze aangepast aan de regio op manieren die we nog niet volledig begrijpen. Inheemse gemeenschappen in het zuidwesten van de Verenigde Staten blinken bijvoorbeeld uit in het kweken van hittetolerante variëteiten, zegt Andrea Carter, lid van de Powhatan Renape Nation en directeur landbouw en onderwijs bij Native Seeds SEARCH, een in Tucson gevestigde openbare zadenbank die droogte in stand houdt. wateren. aangepaste zaadvariëteit.

“Deze zaden worden al honderden, soms duizenden jaren op een bepaalde locatie gekweekt. Er is veel werk gestoken in het aanpassen van die planten”, zegt ze. “In de toekomst zullen steeds meer delen van de wereld te maken krijgen met hoge temperaturen en een lage beschikbaarheid van water, dus de zaden van deze regio zijn een echte hulpbron die nu al steeds waardevoller wordt.”

De manier waarop u uw planten kweekt, kan ze ook een voordeel geven (SN: 9-3-23). Bij de “Three Sisters”-methode wordt een drietal maïs, bonen en pompoen samen verbouwd, waarbij elk voordeel oplevert voor de anderen. Bonen leggen stikstof vast in de grond voor de maïs, waarvan de hoge stengels een latwerk vormen voor de bonen, en de laagblijvende pompoenen worden overschaduwd door de grond. Het bedekken van de grond met stro of mulch of het gebruik van schaduwdoek biedt een soortgelijk voordeel, en Carter zegt dat diep water geven, maar zelden, beter is dan druppelirrigatie om de wortels te laten groeien, waar ze minder snel uitdrogen.

‘Aan de woestijn aangepaste planten doen dit van nature, maar andere hebben misschien wat aansporing nodig’, zegt Roslynn McCann, onderzoeker op het gebied van duurzame gemeenschappen aan de Utah State University in Moab. “In zekere zin denk ik dat tuinieren in het licht van de klimaatverandering op die manier een beetje praktischer is geworden. Het gaat minder om het gooien van zaadjes en kijken wat er groeit, maar meer om doen wat je kunt om je planten een voorsprong te geven.”