Sådan indtog planter landjorden

Da planter for knap en halv milliard år siden udviklede sig fra at være vandlevende alger til at gå på land, blev selve grundlaget for livet på landjorden skabt. Men det var givetvis en ret dramatisk affære. En af de ting, der formentlig gjorde dette store evolutionstrin ekstra besværligt, var svampe:

”Man regner med, at der 100 millioner år forinden har levet svampe på land, som krøb hen over overfladen for at finde næring og højst sandsynligt levede af døde alger, der skyllede op fra havet. Og hvis du som ny plante skal etablere dig på land, og det første du møder er en svamp, der vil æde dig, så har du brug for en forsvarsmekanisme,” fortæller Mads Eggert Nielsen, biolog på Institut for Plante- og Miljøvidenskab på Københavns Universitet.

Og essensen i den forsvarsmekanisme har Mads Eggert Nielsen sammen med forskerkolleger fra Institut for Plante- og Miljøvidenskab og University of Paris-Saclay snævret ind til de to gener, PEN1 og SYP122, der hjælper til at danne en slags prop i planter, som blokerer for invasion af svampe og svampelignende organismer.

 ”Vi har opdaget, at når vi ødelægger begge disse gener i planten, åbner vi døren for, at sygdomsfremkaldende svampe kan trænge ind. Vi kan altså se, at de to gener er essentielle for at kunne danne denne her cellevægslignende prop, der fungerer som forsvar mod svampe. Og det ser ud til at være en helt universel forsvarsmekanisme, som findes i alle landplanter,” siger Mads Eggert Nielsen, der er seniorforfatter på studiet, som er udgivet i tidsskriftet eLife.

Opstået i en 470 millioner år gammel plante

Forskerteamet har testet samme funktion i planten levermos, der er en direkte efterkommer af de allerførste landplanter. Ved at tage de to tilsvarende gener i levermos og indsætte dem i Arabidopsis, undersøgte forskerne, om de havde samme effekt i planten. Svaret var ja.

”Selvom de to plantefamilier, som Arabidopsis og levermos hører til, for 450 millioner år siden udviklede sig i hver sin retning, har de alligevel den samme genfunktion. Vi tror, at denne genfamilie er opstået med det helt specielle formål at varetage denne forsvarsmekanisme og har dermed været et af grundlagene for, at planter har kunnet etablere sig på land,” siger Mads Eggert Nielsen.

Symbiose mellem planter og svampe

Men svampene var ikke kun en forhindring for, at planter kunne gå fra algestadiet i havet til at blive landplanter – de var også en forudsætning. For hvis planterne overlevede angreb fra de svampe, der ville æde dem på land, var næste problem at finde næringsstoffer, forklarer Mads Eggert Nielsen:

”I vand kan planter nemt få fat på opløste næringsstoffer som fosfor og nitrogen. Men for 500 millioner år siden fandtes der ikke jord på landjorden, som vi kender det i dag - kun sten. Og de næringsstoffer, som er bundet til sten, er enormt svære for planterne at få fat på. Men ikke for svampene. Til gengæld kan svampene ikke lave sukkerstoffer – derfor spiser de planterne. Det er her, man mener, at der opstod en symbiose mellem planter og svampe, som var været grobund for den eksplosion af planteliv på landjorden, der skete i denne periode.”

De forsvarsstrukturer, der dannes i planten, slår nemlig hverken planten eller svampen ihjel, men standser blot svampens invasion.

”I og med svampen kun kan komme et vist stykke ind i planten, tror vi, der er opstået et vippepunkt, hvor både plante og svamp har fået noget ud af det. Derfor har det været en fordel at bibeholde det forhold, som det er. Teorien om at planter har tæmmet svampene for at kunne gå på land, er ikke vores, men nu kommer vi med kanonføde til den idé,” siger Mads Eggert Nielsen.

Kan bruges i landbruget

De nye resultater leverer ikke kun en vigtig brik til puslespillet om planternes evolutionshistorie – de kan også bruges til at gøre afgrøder mere modstandsdygtige over for fx svampeangreb, som i dag er et stort problem for landmændene.

”Hvis alle planter forsvarer sig på samme måde, må det betyde, at de mikroorganismer, som er i stand til forårsage sygdomme – fx meldug, gulrust og kartoffelskimmel - har fundet en måde at komme igennem, slukke for eller slippe uset uden om forsvaret i deres respektive værtsplanter. Vi vil gerne finde ud af, hvordan de gør det. Vi vil så forsøge at overføre forsvarskomponenter fra modstandsdygtige planter til planter, der bliver sygdomsramte, og derved opnå resistens,” siger Mads Eggert Nielsen.

Han er involveret i et forskningsprojekt på Institut for Plante- og Miljøvidenskab ledet af Hans Thordal-Christensen og støttet af Novo Nordisk Fonden, som netop har fokus på at gøre afgrøder mere resistente ved at identificere de forsvarsmekanismer i planter, som patogene mikroorganismer forsøger at lukke ned.