Quinoaplantan kan fungera som en modell för att göra andra grödor salttoleranta. Den växer bra på salthaltiga jordar eftersom överskottssaltet helt enkelt dumpas i speciella blåsor på bladen.

Markerosion betraktas som ett problem som sätter den mänskliga befolkningens näring i fara. En av dess aspekter är jordsaltning, som påverkar särskilt torra delar av jorden, där bönder tvingas bevattna sina åkrar kraftigt. Stora mängder av salterna lösta i vattnet, såsom natrium och klorid, sprids ut i jorden och förblir där efter att vattnet har avdunstat. Saltet hämmar grödorna och kan till och med göra jordar infertila på lång sikt.

"Alla metoder hittills för att förädla salttoleranta växter måste betraktas mer eller mindre som misslyckanden", säger professor Rainer Hedrich, växtforskare vid Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg i Bayern, Tyskland. De syftade alla till att få växtväxter att växa på salthaltiga jordar och att identifiera salttoleranta raslinjer i processen. Men detta tillvägagångssätt kan inte fungera.

Och det är av en anledning:"Våra växtväxter är resultatet av många års förädling. Under den tiden, människan har skyddat dem från nästan alla negativa miljöpåverkan, så att de har förlorat mycket av sin naturliga motståndskraft", förklarar Hedrich. "Så fort dessa elitlinjer kommer i kontakt med för mycket salt, de brukar dö."

Salttoleranta växter fungerar som modell

Så Rainer Hedrich, tillsammans med professor Sergey Shabala (University of Tasmania), för att utveckla en ny strategi. De två forskarna satsade på växter som är naturligt salttoleranta.

En sådan växt är quinoa ( Chenopodium quinoa ). Den kommer från Anderna, där den har använts som mat i 7, 000 år. Under tiden fröna av denna sydamerikanska pseudo-spannmål, som är fria från gluten och rika på vitaminer, har hittat till europeiska stormarknadshyllor.

Växten absorberar salt från jorden och lagrar det i blåsformade celler på ytan av sina blad. Detta skyddar de saltkänsliga metaboliska processerna, och plantan kan växa bra även på salthaltiga jordar.

Utan blåsceller lider quinoa av saltstress

Forskarna har hittat ett enkelt sätt att bevisa att det verkligen är blåscellerna som säkerställer växtens salttolerans. "Bara några lätta penseldrag över ett quinoablad får blåscellerna att falla av", säger professor Shabala. Klädda från deras saltblåsor, dessa växter växer på icke-salthaltiga jordar lika bra som icke-borstade exemplar. Men en exponering för vanligt salt hämmar deras tillväxt avsevärt.

De runda till ovala blåscellerna av quinoa har en diameter på nästan en halv millimeter. De är veritabla jättar i växtriket, och kan vanligtvis ses även med blotta ögat. Deras lagringskapacitet är upp till 1000 gånger högre än den för någon normal cell på bladytan.

Priset för bortskaffande av salt är socker

För att få en inblick i quinoans "operativsystem" och dess blåsceller, arbetsgruppen för professor Jian-Kang Zhu (Universitetet i Shanghai) har avkodat Andernas spannmåls DNA. Professor Hedrichs team jämförde sedan de aktiva generna från blad och blåsceller. De nödvändiga bioinformatiska analyserna utfördes av experter från universitetet i Shanghai och från teamet av Georg Haberer från Helmholtz Center Munich.

Resultatet:Även utan saltbehandling, det finns gener som arbetar i blåscellerna som hos andra arter endast är aktiva när växten är under stress. De inkluderar transportörer som transporterar natrium- och kloridjoner in i blåscellen. En stimulering med salt utlöser aktiveringen av ytterligare gener som behövs för att upprätthålla signalvägen för stresshormonet ABA.

Att lagra saltet förbrukar energi. Denna energi genereras av blåscellerna från sockermolekyler som de speciellt importerar från bladet för detta ändamål. Blåscellerna får den energi som krävs från bladet och återvänder genom att absorbera det giftiga saltet", förklarar Hedrich.

Korsning av salttolerans till växtväxter

De nya rönen har publicerats i Cellrapporter tidning. De ska på sikt användas för förädling av salttoleranta växter. "Första steget är gjort", säger professor Hedrich. "Vi kommer nu att använda en kombination av utvecklingsgenetik och funktionell analys av salttransportproteiner för att förstå de molekylära mekanismerna som producerar och upprätthåller salttoleransen i quinoa."

JMU:s forskargrupp vill lära sig av quinoalinjer utrustade med ett mycket stort eller mycket lågt antal saltblåsor. Den har en stor pool att dra på:cirka 2000 vilda och odlade sorter av växten från Anderna är kända än så länge. Det slutliga resultatet av deras arbete kan inte bara vara förädling av quinoasorter med en ännu högre salttolerans utan också korsning av salttoleransgener till besläktade växtväxter som sockerbetor eller spenat.