Klimaatadaptatie voor rijstplanten

Rijst - wereldwijd een grote voedingsbron - kan de gevolgen van klimaatverandering beter verdragen door infiltratie van kleine, natuurlijke schimmels in de plant en zaden, blijkt uit onderzoek van het U.S. Geological Survey. Het verbetert ook de groei en opbrengst van rijst.
  

In het onderzoek keken wetenschappers naar mogelijkheden om het aanpassingsvermogen van rijst aan klimaatverandering en natuurrampen te verhogen. Overstromingen leiden nu vaak tot grote rijst-tekorten. De wetenschappers infiltreerden twee commerciële varianten van rijst met sporen van natuurlijke schimmels (fungi). Het ging daarbij niet om genetische modificatie, maar om symbiose: de zaden van de schimmel leven in het plantenweefsel; het DNA van de plant verandert niet. De schimmelsoorten komen op natuurlijke wijze voor bij ondere andere kustplanten, die een hoge verdraagzaamheid hebben voor zout. De rijstplanten zijn genetisch niet gerelateerd aan die kustplanten.

De experimenten waren "behoorlijk succesvol", vertelt wetenschapper Rusty Rodriguez, een van de auteurs en werkzaam bij het U.S. Geological Survey. Het wetenschappelijk instituut richt zich onder andere op onderzoek over de aarde, natuurlijke rampen en biologie. De rijstplanten werden verdraagzamer voor kou, zout en droogte, terwijl ze dat van nature niet zijn. De volgende stap is om ze ook verdraagzamer voor hitte te laten worden.

"Het is een belangrijke doorbraak", zegt Rodriguez. "Deze mogelijkheid - om planten met schimmels te infiltreren en daarmee hun verdraagzaamheid te verhogen en de zaadproductie en wortelsystemen te verbeteren - suggereert dat schimmels van pas kunnen komen om planten aan te laten passen aan droogte-, zout- en temperatuursveranderingen, onder andere door klimaatverandering."

In de laatste 40 jaar is onder invloed van klimaatverandering de minimum-temperatuur in het rijstgroei-seizoen in China en de Filipijnen gestegen, wat resulteerde in een grote daling van de rijstopbrengst. Die zal naar verwachting ook blijven dalen. Volgens de onderzoekers is het gebruik van schimmels een realistische strategie voor klimaatadaptatie van planten in zowel natuurlijke ecosystemen als agro-ecosystemen.

Partnerschap rijstplant en schimmelsoort

De schimmelsoorten die Rodriguez en zijn collega's hebben gebruikt, zijn mutualistisch: de plant en de schimmel hebben een nauwe, positieve relatie. Deze samenwerking biedt aan beide soorten voordeel: een hogere verdraagzaamheid voor externe factoren voor de plant, en voedingsstoffen en een betere concurrentiepositie voor de schimmel. Het partnerschap levert geen schade aan de gezondheid van beide soorten - en de rijst blijft gezonde voeding voor mensen.

De genomen schimmel in het onderzoek komt uit zachte zandhaver, Leymus mollis. Deze grassoortige komt veel in aanraking met zeewater en is daardoor verdraagzaam voor zout. De onderzoekers infiltreerden de rijstplanten en zaden met de schimmelsporen, die in het plant- en zaadweefsel kiemden en het zo binnendrongen. De resultaten zijn, zegt Rodriguez, overweldigend: de schimmel verminderde de waterconsumptie van de plant met ongeveer de helft, en verhoogde de groei, de zaadproductie en het gewicht met ongeveer 50%.

"Eerder werd gedacht dat zachte zandhaver verdraagzaam is voor zout vanwege genetische aanpassingen in de loop van de tijd (volgens het evolutieproces van Darwin). Maar toen we de schimmel uit de zachte zandhaver haalden, bleek de plant niet langer voor zout verdraagzaam te zijn", vertelt Rodriguez. "Dat betekent dat deze planten zichzelf niet genetisch aanpassen aan externe factoren. In plaats daarvan gaan ze een partnerschap aan met de schimmel, waardoor ze zout beter verdragen."

Hoewel het nu mogelijk is sommige gevolgen van klimaatverandering op de rijst-opbrengst te verminderen, benadrukken de auteurs dat het uiteindelijk het aanpassingsvermogen van rijst is dat de volledige omvang van de gevolgen van klimaatverandering op de rijst-opbrengst bepaalt.

Literatuur
Redman, Regina S.; Kim, Yong Ok; Woodward, Claire J.D.A. ; Greer, Chris; Espino, Luis; Doty, Sharon L.; Rodriguez, Rusty J. (2011) Increased Fitness of Rice Plants to Abiotic Stress Via Habitat Adapted Symbiosis: A Strategy for Mitigating Impacts of Climate Change. PLoS one. Online geraadpleegd via PLoS one