Australiens vitala jordbrukssektor kommer att drabbas hårt av ständigt stigande globala temperaturer. Vårt klimat är redan utsatt för torka och översvämningar. Klimatförändringarna förväntas förstärka detta och orsaka plötsliga snabba torka, ändrade nederbördsmönster och intensiva översvämningsregn. Gårdens vinster sjönk med 23 % under de 20 åren fram till 2020, och trenden förväntas fortsätta.
Okontrollerat kommer klimatförändringarna att göra det svårare att producera mat i stor skala. Vi får över 40 % av våra kalorier från bara tre växter:vete, ris och majs. Klimatförändringar utgör mycket verkliga risker för dessa växter, med nyare forskning som tyder på potentialen för synkroniserade skördemisslyckanden.
Även om vi länge har modifierat våra grödor för att stöta bort skadedjur eller öka avkastningen, har hittills ingen kommersiell gröda designats för att tåla värme. Vi arbetar med det här problemet genom att försöka få sojabönsväxter att tåla det extrema vädret i en varmare värld.
Till 2050 måste livsmedelsproduktionen öka med 60 % för att föda de 9,8 miljarder människor som förväntas finnas på planeten, enligt uppskattningar från FN:s livsmedels- och jordbruksorganisation.
Varje 1°C ökning av temperaturen under odlingssäsonger är kopplad till en 10%-ig minskning av risskörden. En temperaturhöjning på 1°C kan leda till en minskning av veteskörden med 6,4 % över hela världen. Det är som om vi tog en stor grödeexportör som Ukraina (6 % av de omsatta skördarna före kriget) ur ekvationen.
Växter, till skillnad från djur, kan inte söka skydd från värme. Den enda lösningen är att göra dem bättre kapabla att tolerera vad som komma skall.
Dessa evenemang anländer redan. I april 2022 förlorade bönder i Indiens delstat Punjab över hälften av sin veteskörd på grund av en brännande värmebölja. Den här månaden är brännheta temperaturer i Sydostasien förödande för skördarna.
Växter använder fotosyntes för att omvandla solljus och koldioxid till sockerrik mat. När det är för varmt blir den här processen svårare.
Mer värme tvingar växter att avdunsta vatten för att kyla sig själva. Om en växt tappar för mycket vatten vissnar dess blad och dess tillväxt stannar. En växts solpaneler—löven—kan inte fånga solljus när de vissnar. Inget vatten, ingen energi för att göra frukten eller spannmålen vi vill äta. När lufttemperaturen når 50°C stängs fotosyntesen av.
Varmare temperaturer kan göra det svårare för växter att producera pollen och frön, och kan få det att blomma tidigare. Värme försvagar en växt, vilket gör den mer sårbar för skadedjur och sjukdomar.
Våra frögrödor – från ris till vete till sojabönor – är beroende av sexuell reproduktion. Växterna måste befruktas (pollineras av till exempel bin och flugor) för att ge en bra avkastning.
Om en värmebölja slår till under gödslingsperioden får växter svårare att sätta sina fröer och lantbrukarens avkastning sjunker. Ännu värre, höga temperaturer orsakar sterilt pollen, vilket minskar antalet frön som en växt kan producera. Pollinatorer som bin har också svårt att anpassa sig till värmen.
För att ge våra grödor den bästa chansen måste vi använda genetiska modifieringstekniker. Även om dessa ofta har varit kontroversiella, är de vårt bästa sätt att svara på hotet.
Anledningen är att genetisk modifiering ger oss mer exakt kontroll över en växts arvsmassa än den traditionella metoden att förädla för specifika egenskaper. Det är också mycket snabbare eftersom vi kan isolera gener från en organism och överföra den till en annan utan sexuell reproduktion. Så även om vi inte kan korsa solrosor med vete med sexuell reproduktion, kan vi ta solrosgener och överföra dem till vete.
I decennier har vi förlitat oss på genetiskt modifierade versioner av några av våra viktigaste mat- och fibergrödor. Nästan 80 % av sojabönorna världen över har genmodifierats för att öka avkastningen och göra dem mer näringsrika. Genetiskt modifierad raps står för mer än 90 % av produktionen i Kanada och USA, medan cirka 20 % av den raps som odlas i Australien är genetiskt modifierad. Men hittills har vi inte haft några kommersiellt adopterade grödor som modifierats för att motstå värme.
Ett sätt att göra detta är att söka efter värmetoleranta växter och överföra deras skicklighet till våra grödor. Vissa växter är anmärkningsvärt värmetoleranta, som den levande fossilen welwitschia mirabilis, som kan överleva i den namibiska öknen med nästan noll nederbörd.
Växtceller har värmechockproteiner, precis som våra. Dessa hjälper växter att överleva värme genom att skydda proteinveckningsprocessen i andra proteiner. Om värmechockproteiner inte fanns där, skulle vitala proteiner vecklas ut snarare än att vikas till rätt form för jobbet.
Vi kan försöka stärka hur dessa befintliga värmechockproteiner fungerar, så att cellerna kan fortsätta att fungera under varmare förhållanden.
Vi kan också justera beteendet hos gener som fungerar som värmesensorer. Dessa gener fungerar som huvudbrytare och kontrollerar en cells reaktion på värme genom att kalla fram skyddande värmechockproteiner och antioxidanter.
I vårt laboratorium har vi modifierat sojabönsväxter genom att stärka dessa värmeavkännande master switch-gener. Sojabönsväxter som uttrycker högre nivåer av denna gen hade signifikant ökat skydd. Under korta, intensiva värmeböljor vissnade dessa modifierade växter mindre, producerade mer livskraftigt pollen, hade färre strukturella deformiteter och hade bättre avkastning under värmestressförhållanden.
Även om vi har blivit vana vid genetiskt modifierade sojabönor, har vi ännu inte kommit över behovet av att förändra vete – den enskilt viktigaste basgrödan.
Värmeböljor utgör ett liknande problem för vete, men samhällets acceptans finns inte där. Motsatsen mot modifierat vete har varit mycket stark.
I labbet har forskare vid universitet och jordbruksföretag haft framgång med att modifiera vete för att tåla mer värme. Men ingen av dessa förändringar har gjort det till grödor som planterats på fält.
Om vi ska föda en växande befolkning på en hetare planet måste detta förändras.
Tillhandahålls av The Conversation
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
