Final report

Roar Moe

Prosjektnr. 147147/140: Fundamental studies of postharvest physiology and plant health:

For a complete report in english, look in the final NFR report.

Populærvitenskapelig framstilling av de viktigste FoU-resultatene.

Studier av knopp- og blomsterfall i julestjerne

Transformasjoner
I en økonomisk viktig potteplante som julestjerne er det viktig å utvikle metoder for å sette inn nye egenskaper i plantematerialet. Transformasjon er et slikt verktøy som kan vise seg å bli svært nyttig i planteforedlingen i blomsterkulturer, og er mindre kontroversiell her enn i matplanter. Vi har oppnådd transgene planter ved hjelp av en metode som er lite kjent (DNA overføring ved elektroforese) og som er langt mer uavhengig av hvilken sort vi starter med enn de mest brukte metodene i andre planter (Agrobacterium og genkanon). Dette er resultater som norske gartnere er svært opptatt av og som vil kunne få betydning for utvikling av helt nytt sortsmateriale i julestjerne. Vi vil derfor følge opp dette sammen med Planteforsk, avd. Plantevernet i samarbeid med norske julestjernegartnere gjennom søknader til NFR som også involverer næringen.

Induksjon av knoppfall
For å kunne studere en prosess er det nødvendig å ha full kontroll med prosessen slik at resultater kan sammenlignes fra gang til gang. Når man studerer knopp- og blomsterfall er det derfor nødvendig å kunne sette denne prosessen i gang på en kontrollert måte hver gang; dvs utvikle et modellsystem. Vi har gjennom en serie forsøk funnet fram til en metode som gir tilnærmet 100 % induksjon av knoppfall hver eneste gang. Dette innebærer å snitte den øverste delen av knoppen (der blomsterorganene sitter), men la den nederste delen av blomsterbunnen sitte igjen. Dette sikrer riktig balanse mellom de ulike plantehormonene slik at knoppen alltid faller av etter 7-8 dager dersom forholdene i veksthuset (lys, temperatur) blir holdt konstant.

På let etter gener som styrer knopp- og blomsterfall
Når vi leter etter de grunnleggende mekanismene som fører til knopp- og blomsterfall, betyr det med dagens moderne metoder at man leter etter hvilke gener som er viktige for denne prosessen. En måte å gjøre det på er å gjøre en sammenligning av hvilke gener som er uttrykt over det tidsrommet fra induksjon av knoppfall til knoppen faktisk faller av etter en uke. De første dagene kan man ikke se at prosessen er i gang verken med det blotte øyet eller i mikroskop. Alle cellene i separasjonssonen er like de som er rundt, men etter hvert er det mulig å se at cellene i separasjonssonen blir mindre, rundere og at det oppstår avstand mellom cellene i sonen (dag 6 og 7). Vi har brukt en metode som gir oppformering av de genene som er aktive, og ved å sammenligne disse genuttrykkene med 24 timers mellomrom, dvs hver dag gjennom den uken prosessen foregår, kan vi se hvilke som er uttrykt på spesielle måter gjennom denne perioden. Vi har foreløpig plukket ut 30 gensekvenser som enten oppstår eller forsvinner på en interessant måte gjennom uken. Disse er sammenlignet med kjente gensekvenser i andre organismer for å finne likheter. I seks tilfeller finner vi likheter med gener som er beskrevet i andre arter, i 24 tilfeller har vi sannsynligvis funnet noen nye gener som ingen har beskrevet før. Det videre arbeidet vil bestå i å karakterisere de genene som vi synes ser mest interessante ut, enten de tidligere er beskrevet for dyreceller, eller er totalt utbeskrevne fra før. Målet i neste prosjekt vil være å kunne sette opp en enkel modell for hvordan genene samspiller gjennom den uken fra induksjon til knoppfall.

Visuell metode for å se hvor genene er aktive til enhver tid
RNA in situ (=på stedet) gir en visualisering av de genene som til enhver tid er aktive i et plantevev og hvor dette uttrykket skjer. Vi har opparbeidet laboratorium og kompetanse til RNA in situ hybridisering på UMB, der vi kan analysere økonomisk viktige arter. Ved hjelp av denne metoden har vi fått visualisert uttrykk av gener fra andre arter i julestjerne og har begynt på de 30 klonene vi har oppnådd i letingen etter spesifikke gener i knopp- og blomsterfall.

Hormoner styrer knopp- og blomsterfall
Kompliserte prosesser i planter er oftest styrt av hormoner, dertil ofte i et komplisert samspill. Vi oppdaget at det var svært viktig å snitte knoppen på riktig måte for å få tilnærmet 100 % induksjon av knoppfall i julestjerne. Dette førte til en hel serie av hormonforsøk der vi kuttet knoppen på tre ulike måter og tilførte hormoner gjennom et filterpapir på snittflaten til knoppen. Vi fant at auxiner forlenger perioden fram til knoppfall med et par dager, mens gibberelliner forsinket utviklingen med 1-2 uker. ABA fremskynder prosessen slik at knoppen ikke rekker den normale nedbrytingen av celleveggene forut for separasjonen og dermed blir resultatet en inntørket knopp som sitter fast på planten. Etylen hadde en spesiell effekt; dersom vi kuttet vekk hele knoppen, slik at blomsterbunnen også var borte og det bare var blomsterstilken igjen, utviklet det seg en separasjonssone rett under kuttstedet, på en plass som ligger langt fra der knoppen normalt ville danne en slik sone. Denne sonen er identisk med en normal sone, men altså på feil sted. Dette er i kontrast til allmenn oppfatning; at cellene der sonen utvikles er forutbestemte til å danne denne sonen på en bestemt plass.


Studier av forgreining og fytoplasma og virusresistens i julestjerne

Forgreining og fytoplasma
Moderne julestjernesorter forgreiner seg godt i forhold til det sortsmaterialet gjorde for 50 år siden. En god forgreining er ønskelig både med hensyn på å skape en tett plante med blomster på flere greiner og ut fra ønsket om en effektiv stiklingsproduksjon på morplantene. En av de første sortene som hadde en slik positiv egenskap var den norske ”Anette Hegg” sorten som kom på markedet midt på 60-tallet. Etter hvert har hele sortimentet i verden blitt dominert av sortene med god forgreining. På 80-tallet viste en forskningsgruppe at denne forgreiningen var podeoverførbar. Dette indikerte at et plantepatogen var involvert. Midt på 90-tallet fant en at det dreide seg om et fytoplasma (Poinsettia branch inducing phytoplasma, PoiBI). Fytoplasma er små, bakterielignende organismer som vanligvis enten er latente eller forårsaker til dels svært skadelig sjukdommer i planter. PoiBI i julestjerne er det eneste fytoplasma vi kjenner til som gir en økonomisk gunstig virkning på en kulturplante.
Vår forskningsgruppe ved Planteforsk Plantevernet har fokusert på å få til en metode for kvantitativ måling av fytoplasma i julestjernevev for å samholde mengde fytoplasma med varierende forgreining under forskjellige dyrkingsforhold. Vi har lykkes med å få til en kvantitativ måling og har utført et omfattende dyrkingsforsøk for å finne ut mer om sammenhengen mellom fytoplasmamengde og forgreining.
Dette arbeidet har gitt både grunnleggende og praktiske resultater av stor interesse for julestjerneprodusenter og forskere både i Norge og i utlandet.

Virus
Praktisk talt alle julestjerneplanter vi dyrker er infisert av et virus – poinsettiamosaikkvirus (Poinsettia mosaic virus, PnMV). Dette viruset gir vanligvis lite symptomer og skade, men i følsomme sorter eller når sortene dyrkes ved relativt lave temperaturer, blir det synlige symptomer som dyrkerne reagerer på.
Vår forskningsgruppe ved Planteforsk Plantevernet har ønsket å bruke PnMV og julestjerne som et modellsystem for å lage resistens mot PnMV ved hjelp av genteknologiske metoder. Dette oppnåes ved å transformere julestjerne med genbiter (constructer) som har innebygd spesifikke gensekvenser hentet fra viruset. Vi utnytter ny kunnskap om planters motstandskraft mot fremmede nukleinsyrer. Vi forventer at dette vil sette i gang resistensreaksjoner (gene silencing) i de transformerte plantene med den virkning at nukleinsyre fra PnMV vil bli gjenkjent og ødelagt når virusfrie, transformerte planter blir utsatt for PnMV-smitte. Vi har allerede planter av tobakksarten Nictiana benthamiana som er resistent mot PnMV. Julestjernematerialet vil bli testet ut så fort det er tilgjengelige planter etter vevskultur. I dette arbeidet har det også blitt lagd et kunstig PnMV-virus (infectious clone) som vil være nyttig i videre studier.
Et videre arbeid på dette området vil sette oss i stand til følge med og bidra på et svært interessant og viktig område – gene silencing i planter – og kunne gi produkter som norske og internasjonale julestjerneprodusenter vil ha stor interesse av.


Biologisk bekjempelse av bomullsmellus i julestjerne

Bomullsmellus (Bemisia tabaci) har blitt introdusert på importert plantemateriale og spredt rundt til norske gartnerier gjentatte ganger siden 1987, og er nå et av de viktigste skadedyrene på julestjerne her i landet. Flere nyttedyrpreparater er godkjent for bruk i biologisk bekjempelse av bomullsmellus, men de har hittil blitt lite brukt fordi vi mangler kunnskap om hvor effektive disse nytteorganismene er ved de temperatur- og lysforholdene som brukes i moderne julestjerneproduksjon. En av de største utfordringene for å få til biologisk bekjempelse i i ferdigvareproduksjonen av julestjerne er den lave temperaturen som brukes i store deler av dyrkingsperioden. Temperaturen senkes fra 22-25oC ned til 15-18oC fra 6-8 uker etter innpotting, og få nytteorganismer er effektive ved så lave temperaturer.

Gjennom atferds- og effektivitetsforsøk har vi vist at både snyltevepsen Encarsia formosa og rovtegen Macrolophus caliginosus kan gi god bekjempelse av bomullsmellus i julestjerne så lenge temperaturen er over 18oC. Ved lavere temperaturer blir nyttedyrene så lite aktive at de ikke klarer bekjempe bomullsmellusa. Dette betyr at bomullsmellusa i stor grad må bekjempes i løpet av de første 6-8 ukene etter innpotting. Derfor er det er svært viktig at den biologiske bekjempelsen brukes forebyggende, eller at den kommer i gang straks bomullsmellus blir observert i veksthusene.

Vi har prøvd 2 kurative utslippsmetoder (utslipp ved angrep av bomullsmellus): 1. Inokulering og etablering av snylteveps eller rovteger (dvs. utslipp bare i begynnelsen av dyrkingsperioden for å etablere en nyttedyrpopulasjon i julestjernekulturen), og 2. Ukentlige utslipp av snylteveps eller rovteger gjennom hele dyrkingsperioden. Ukentlige utslipp gjennom hele dyrkingsperioden er den metoden som har gitt raskest og best effekt, men vi oppnådde kontroll også med inokulering og etablering av rovteger på bankerplanter. Snyltevepsen og rovtegene kan brukes samtidig, men i forsøkene våre ga de ikke noe bedre kontroll når de ble brukt samtidig enn om de ble brukt hver for seg. Det har vært hevdet at snyltevepsen har større preferanse for veksthusmellus enn bomullsmellus, og derfor ikke vil kunne bekjempe bomullsmellusa godt nok i en situasjon der begge disse mellusartene finnes samtidig i et veksthus. Resultatene våre viste imidlertid at snyltevepsen har minst like stor preferanse for bomullsmellus som for veksthusmellus, og at den dermed kan brukes i veksthus med blandet populasjon av de to mellusartene.

På bakgrunn av resultatene i dette prosjektet har vi utviklet en metode for biologisk bekjempelse av bomullsmellus som har fungert godt i forsøk med julestjerner dyrket ved de temperaturer og daglengder som brukes i kommersiell dyrking, og vi har nå god bakgrunn for å veilede produsenter som ønsker å bruke biologisk bekjempelse.



En fyldigere rapport på engelsk om FoU resultater finnes på prosjektets hjemmeside

Roar Moe
Faglig leder av programmet

Updated: 04.01.06
Printer-friendly version : Archive : Notify a friend