MIT in Boston (Vs) is een van de wetenschappelijke centra die initiatieven nemen om klimaatverandering tegen te gaan. Op 11 april kondigden zij vijf ‘flagship projects’ aan tegen klimaatverandering. Waaronder Hervorming van de landbouw door lage uitstoot en veerkrachtige gewassen. Bedoeld om zelfbemestende gewassen te ontwikkelen die de uitstoot van broeikasgassen door kunstmest verminderen; net als de achteruitgang van veel gewassen door klimaatverandering.
De andere geselecteerde projecten gingen over een computermodel voor klimaatvoorspellingen; een centrum dat alternatieve processen gaat ontwikkelen en stimuleren voor moeilijk CO2-uitstootvrij te krijgen industrieën als staal, cement, ammoniak en etheen; modelontwikkeling voor de voorspelling van klimaat- en weersextremen; en de ontwikkeling van een systeem voor vroege waarschuwing voor klimaatverandering.
Veerkrachtiger gewassen
Zo lang de mens bestaat, zegt news.mit.edu, was klimaatverandering geleidelijk, over een periode van honderden of duizenden jaren. Planten konden zich aanpassen aan verandering van temperatuur, neerlag en atmosferische omstandigheden. Maar door mens gaat klimaatverandering nu veel sneller. Gewassen hebben daaronder te lijden. Op veel plaatsen gaat de opbrengst omlaag; dat gebeurt ook met het gehalte aan eiwit in granen.
Daarom, zegt teamlid Mary Gehring, moeten we met biotechnologie veel nuttige gewassen aanpassen. Ze moeten gezond en voedzaam blijven, ook als het klimaat verandert. Maar veel van de betreffende eigenschappen van planten blijken epigenetisch bepaald te worden – dat wil zeggen, niet door het DNA. Daardoor worden deze trekken meestal niet doorgegeven aan het nageslacht.
Aseksuele voorplanting
Gehring bestudeert het proces van klonen (of aseksuele voortplanting) van zaden, genetisch identiek aan de moederplant. Ongeveer 1 procent van de bloemdragende plantensoorten kan op aseksuele wijze genetische informatie doorgeven aan het nageslacht. Waarschijnlijk, zegt Gehring, zitten in cultuurgewassen al genen die zulke eigenschappen bepalen. Haar uitdaging is, ‘die genen zo te beïnvloeden dat de plant overschakelt van seksuele naar aseksuele voortplanting.’
Veel van haar werk betreft het bescheiden plantje Arabidopsis thaliana (zandraket). Een weinig opvallende plant – maar we hebben er het hele genoom van ontrafeld. In deze soort bestaan paden verwant aan autonome aseksuele ontwikkeling van het endosperm of kiemwit – de voedselvoorraad van het zaad. Gehring probeert met haar onderzoek te ontdekken door welke genen deze eigenschappen worden bepaald. Dan zal ze proberen de plant te verleiden tot behoud van dat materiaal, om aseksuele voortplanting te bevorderen. De volgende stap zal dan zijn het inbrengen van zo’n mechanisme in veel gewassen. Daarmee kunnen nieuwe soorten worden gekweekt, die bijvoorbeeld klimaatverandering aan kunnen; of die minder meststoffen en bestrijdingsmiddelen nodig hebben.
Zelfbemesten-de gewassen kweken
De landbouw stoot veel broeikasgassen uit. In de Verenigde staten is de sector zelfs verantwoordelijk voor een kwart van de uitstoot. Daarvan komt ongeveer één derde voort uit productie en gebruik van kunstmest. Bij de productie van kunstmest is bovendien veel aardgas nodig, en/of andere fossiele energiedragers. Veel van het nitraat uit de kunstmest komt ook nog eens terecht in waterlopen.
Met zelfbemestende gewassen zouden we dit allemaal kunnen voorkomen. Zij halen stikstof uit de lucht, met hulp van bodembacteriën. Jin-Ke Weng, onderzoeker in hetzelfde team, wil zulke eigenschappen uit bonen- of erwtenplanten overbrengen op andere gewassen. Zulke gewassen genetisch modificeren, zodat ze hun eigen mest produceren. Nou ja, niet zelf – de stikstofbindende bacteriën die in symbiose met hen leven, doen het. Weng legt zich vooral toe op graangewassen: maïs, rijst en tarwe, die ongeveer driekwart van de wereldvoedselproductie uitmaken. ‘Vlinderbloemigen als bonen en erwten kunnen wortelknolletjes maken; daarin wisselen ze stikstof uit, toegankelijk gemaakt door rhizobia bacteriën, in ruil voor koolstof,’ zegt Weng. ‘Deze metabole ruil betekent dat vlinderbloemigen veel minder broeikasgassen uitstoten, en veel minder fossiele input nodig hebben, dan graangewassen.’
Groot potentieel
Weng en zijn team willen kortom niet meer en niet minder dan zelfbemestende gewassen kweken met de ‘zelfbemestende’ eigenschap van vlinderbloemigen. Een ingewikkeld proces. Eerst proberen ze het signaleringsproces met kleine moleculen tussen vlinderbloemigen en rhizobia bacteriën te ontrafelen. Dan modificeren ze andere gewassen, zodat deze ook dat proces gaan uitvoeren. Daarna willen ze te weten komen welke kleine moleculen, afgescheiden door de wortels van de vlinderbloemigen, de stikstof/koolstof uitwisseling met de rhizobia bacteriën in gang zetten. En dan zullen ze uiteindelijk met genetische modificatie de biosynthese van die moleculen in de wortels van de gastheer op gang brengen; in de hoop dat dit het hele proces start, en graangewassen de nodige nitraten toegevoerd krijgen.
Het mogelijke effect van het kweken van zelfbemestende gewassen is enorm. ‘Alleen al bij maïs zouden we hiermee de productie van kunstmest met 160.000 ton kunnen verminderen,’ zegt Weng. En de uitstoot van het broeikasgas lachgas, ongeveer 300 keer zo sterk als kooldioxide, dat ontstaat bij het maken van kunstmest, zouden we kunnen halveren.
Interessant? Lees dan ook:
Gezonde bodems voor een productieve bio-economie
Biostimulering van planten, een nieuw hoofdstuk in de landbouw
Schimmels voor gezonde bossen