Slik kan plantene vite når de skal blomstre

Ny forskning ved Norges miljø- og biovitenskapelige universitet (NMBU) viser at plantenes forhold til årstidene er mer komplekst enn vi har trodd.

Når de overvintrer, teller de ikke bare kuldegrader. De teller også timer med lys og mørke. På fagspråket kalles dette vernalisering.

«Timingen» kan bli feil

Planter i våre tempererte kalde områder må sørge for bestøvning, utvikling og produksjon av frø i en svært kort periode med gode vekstforhold om våren og sommeren.

De kontrollerer tiden for blomstring gjennom en mekanisme for vernalisering der de ikke blomstrer før vinteren er ferdig.

Men når vintrene blir ustabile med varmere perioder, kan det føre til at plantens «timing» av blomstring blir feil.

– Hvis vinteren ikke er kald og lang nok, kan effekten av vernalisering i planten bli svakere. Det kan føre til at den enten starter for sent med blomstringen eller i noen tilfeller for tidlig. Det forklarer forsker og molekylærbiolog Marian Schubert ved NMBU.

Det er lavere avling på høstkorn

For kornslagene våre er det viktig å blomstre til rett tid. Kornet vårt er egentlig arter av gress.

Med klimaendringene og lengre vekstsesong har det blitt mer aktuelt for bøndene å dyrke høstsorter av korn. Kornet sås om høsten, spirer og etablerer et plantedekke før vinteren. Deretter starter de så opp veksten igjen når våren kommer. 

Det gjør at plantene får litt bedre tid til å etablere seg. De får dessuten et bedre rotsystem og har et større potensial for avling.

Men disse høstsortene må gjennom vernaliseringen før de kan blomstre året etter.

I dagens kornsorter er en stabil kald vinter hovedkilden til signalene planten bruker for vernalisering. Det er imidlertid ikke lenger en selvfølge. Resultatet kan bli lavere avlinger.

Det har ført til forskernes interesse for en lite kjent egenskap om plantenes evne til å reagere på daglengde. Det er en faktor som ikke påvirkes av klimaendringene.

Temaet er ikke nytt. Forskning på 1980-tallet ved Norges landbrukshøgskole beskrev gressarter som kan fremkalle blomstring ved å reagere på kort daglengde. Det kalles kortdags-vernalisering.

Men det ble sett på som noe sjeldent, lite viktig og begrenset til noen få arter.

Fornyet interesse for daglengde

Med vissheten om at denne egenskapen kan bli viktig i fremtiden, gikk Schubert og NMBU-professor Siri Fjellheim i gang med å undersøke en stor gruppe gressarter. Artene tilhørte Pooideae-underfamilien av tempererte gressarter. Der er blant andre kornsortene vi dyrker i Norge – hvete, bygg, havre og rug.

Og resultatene var overraskende.

– Vi forventet å finne noen få arter som reagerte på korte dager. Resultatene viste at fenomenet var mye mer utbredt enn vi hadde trodd, sier Schubert.

Egenskapen ser ut til å ha utviklet seg tidlig i plantegruppens evolusjon da de tilpasset seg tempererte områder her i nord. Det har vært viktig for disse gressartenes evne til å overleve og formere seg i kjølige klima.

Forskerne testet effekten av daglengde i veksthusforsøk

Et vekstforsøk ble gjennomført i veksthus etter at frøene først hadde fått en kuldebehandling for å etterligne vinter.

Plantene ble deretter dyrket i omtrent 20 °C med lange dager (16 timer lys) i to uker.

Så ble plantene delt i to grupper og dyrket videre i 59 dager. En gruppe med lange dager og en gruppe med korte dager (8 timer lys).

Deretter fikk alle plantene igjen lange dager.

For å undersøke om eksponering for korte dager gjorde plantene klare til blomstring, målte forskerne hvor raskt og hvor mange planter som begynte å blomstre.

Aktiviteten til genene avslørte plantenes beredskap for blomstring

I motsetning til i forskningen på 1980-tallet kunne Schubert og kollegene nå avdekke gener som er involvert i kortdags-vernalisering.

Målet var å finne hvilke gener som er aktive eller «skrudd på» når planter utsettes for korte og lange dager.

Det er planten som styrer hvilke gener som er «på» og hvilke som er «av». Når et gen er «på», brukes det til å lage noe cellen trenger, mens et gen som er «av» ikke er i bruk.

Dette gjør at celler kan ha ulike oppgaver selv om de har samme DNA.

Forskerne tok prøver av plantenes blader og målte aktiviteten til mange gener samtidig med RNA-analyser.

Da de sammenlignet aktiviteten til genene i de to gruppene, fant de 93 gener som endret aktivitet når daglengden ble endret.

For å finne ut mer om hvordan disse genene jobbet sammen, grupperte de gener som oppfører seg likt.

Mange av disse genene var felles for mange av artene i forsøket. De samarbeider for å kontrollere når planten begynner å forberede seg til blomstring.

Forskerne fant funksjonen til et viktig gen kalt GF14h. Det fant de ved å bruke genredigering for å slå ut genet og se hva som skjer når det ikke virker.

Ved å sammenligne de genredigerte plantene med normale planter kunne forskerne se at genet fungerer som en bremse på blomstringen.

– Genet holder tilbake reproduksjonsprosessen under lysere dager om sommeren. Når dagene blir kortere, blir dette genet mindre aktivt, noe som setter i gang en kjedereaksjon som aktiverer andre gener, sier Schubert.

Stabile daglengder gir nye muligheter i ustabile vintre

Resultatene fra forskningen gir ny forståelse av kortdags-vernaliseringsprosessen i plantene.

Forskerne forteller at når vintrene i fremtiden blir mer ustabile, er det en reell fare for at avlingene på høstkorn vil bli mindre på grunn av svak vernalisering.

Da er det nødvendig at kortdags-vernalisering brukes aktivt i foredlingen av nye kornsorter. Grunnen er at daglengden ikke påvirkes av klimaendringene.

Ved å ta i bruk den nye kunnskapen om hvilke gener som styrer responsen på korte dager, kan foredlere av planter utvikle planter som er bedre tilpasset fremtidens klima, ifølge forskerne.

– Vi har nå laget en overordnet modell for Pooideae-underfamilien, men vi så bare på én populasjon per art, så hele bildet er egentlig mye mer komplekst. Vi hadde bygg med i studien som art, men det finnes jo tusenvis av byggsorter som dyrkes i tempererte områder, sier Schubert.

Men ved å bruke modellen kan planteforedlere identifisere og analysere disse genene i de forskjellige sortene. Deretter kan de så kartlegge hvilke varianter av gener som finnes i de mest brukte byggsortene i Europa.

Forskningen kan sørge for at høstkornplantene får hjelp til å tilpasse seg til klimaendringene. Men den gir også innsikt i hvordan ville planter kan tilpasse seg. Har de både temperatur- og daglengdebaserte mekanismer, har de større sjanse for å overleve.

Men de må satse på naturlig seleksjon «survival of the fittest» og ikke hjelp fra forskerne.

Referanse:

Marian Schubert, Marian Schubert mfl.: Conservation of the short-day vernalization flowering response pathway in temperate Pooideae grasses. New Phytologist, 2026. Doi.org/10.1111/nph.71009

Artikkelen er produsert og finansiert av NMBU Norges miljø- og biovitenskapelige universitet

NMBU er én av over 80 eiere av forskning.no. Deres kommunikasjonsansatte leverer innhold til forskning.no. Vi merker dette innholdet for å tydelig skille formidling fra uavhengig redaksjonelt stoff.
Her kan du lese mer om ordningen.

Les også disse sakene fra NMBU:

• 

  Hvordan kan KI være nyttig i grisebingen?

• 

  En mørkere klode kan forsterke klimaendringene

• 

  Dette er avgjørende for oppdrettslaksens framtid

• 

  Grønne omgivelser rundt skolen er viktigst i disse nabolagene – det påvirker også mobbing

• 

  Nye kameraer avslører tilstanden i trebygg

• 

  Slik dyrker og tilbereder du den proteinrike bondebønnen

Les flere saker fra NMBU her.

forskning.no vil gjerne høre fra deg!
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER