Benzoxazinoider (BX’er) er er stoffer, som dannes i visse planter. De har en evne til at modvirke angreb fra insekter, parasitter, svampe og bakterier. BX’ere findes i forskellige græsarter, fx. afgrøder som majs, hvede og rug. De sidstnævnte har meget høje koncentrationer af BX’er. Som en del af sit PhD-projekt undersøgte Md Maniruzzaman Sikder fra Institut for Agroøkologi, om BX’er spiller en rolle i majsplanters forsvar mod planteparasitiske nematoder.

”Der er tidligere forsket i, hvordan stoffer som BX’er spiller en rolle i planters forsvar, men det er ikke tidligere undersøgt præcis, hvilken rolle stofferne har på sammensætningen af nematodesamfund,” fortæller seniorforsker Mette Vestergård Madsen fra Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet. Hun og professor Mogens Nicolaisen er vejledere for Md Maniruzzaman Sikder. 

Gode og dårlige nematoder

Nematoder kan være både nyttige og skadelige. Nogle nematodearter gør nytte ved at omsætte rester af døde planter og dyr i jorden, og de kan også dræbe visse insekter, som er skadelige for planter. Men andre arter har en mørk side, de angriber nemlig planternes rødder, og det giver problemer i form af store udbyttetab. 

”I kampen for overlevelse har planter udviklet forsvarsmekanismer, som skal forhindre, at de bliver angrebet af de planteparasitiske nematodearter. De producerer forsvarsstoffer mod deres fjender. Man ved, at planter i græsfamilien blandt andet producerer benzoxazinoider eller BX’er,” fortæller Mette Vestergård Madsen.  

Sammen med kolleger fra Institut for Agroøkologi og Ghent University har hun ved hjælp af DNA-analyser undersøgt, hvordan BX’er påvirker nematoder i jorden omkring planten, rhizosfære jorden - som er i umiddelbar nærhed af rødderne - og ikke mindst i plantens rødder. 

Majs-mutant muliggjorde forsøget

Majs producerer høje mængder BX’er, som er en vigtig del af plantens forsvar mod for eksempel insekter. Og tidligere studier har indikeret, at de også virker mod nematoder. Men studierne har været få og på petriskålsniveau. 

”Formålet med vores studie er netop at undersøge, hvorvidt BX’erne har en påvirkning på planteparasitiske nematoder i majs, og derudover kunne det være interessant at se, hvorvidt BX’er har nogle utilsigtede effekter på andre nematoder – altså dem, der ikke er skadelige,” siger Mette Vestergård Madsen. 

En majs-mutant, der er muteret, så produktionen af BX’er er kraftigt reduceret muliggjorde forskernes forsøg. Her har man slået et nøglegen ud fra syntensen af BX’erne. Og som reference havde forskerne mutantens moder genotype, altså den ikke muterede variant af samme majs – også kaldet vildtypen. Så i princippet skulle de to genotyper af majs være ens på nær det ene gen, som ikke findes i den muterede version. 

Jord fra Skælskør

Med jord fra en ganske almindelig mark ved Skælskør lavede forskerne en forsøgsopstilling, hvor de to genotyper blev dyrket hver for sig, men i samme type jord fra samme mark. 

”Altså det kunne være jord fra en hvilken som helst mark i Danmark, for der er nematoder og planteparasitiske nematoder i alle jorde,” forklarer Mette Vestergård Madsen.  

I forsøget blev jorden renset fra rødderne, og bulkjord, rhizosfære jord samt rødder blev undersøgt på fire tidspunkter med ti dages mellemrum. Koncentrationen af forskellige BX’ere blev målt, og ikke overraskende var der stærkt reducerede mængder BX i mutanten i forhold til vildtypen. 

DNA-sekventering af nematoder

Hvor man tidligere har skullet finde hver enkelt nematode og bagefter artsbestemme den i et mikroskop, har sekventeringsmetoden gjort det muligt at ekstrahere det DNA, der er i en prøve, og med bestemte markører finde det DNA, der er relevant for undersøgelsen. I det her tilfælde DNA fra nematoder. 

”Vi fik altså hurtigt information om, hvilke forskellige nematodearter eller -familier, der eksisterede i prøverne. På den måde kunne vi beskrive sammensætningen af de nematoder, der er i de forskellige prøver,” fortæller Mette Vestergård Madsen. 

Og resultatet var ret interessant. Nematodesamfundet i den jord, som ikke er påvirket af planter, er ifølge studiet væsentligt forskelligt fra det samfund, der findes tæt på eller i rødderne.  

”I virkeligheden ser vi ikke ret store forskelle mellem mutanten og dens vildtypeplante. Med andre ord, så ser vi ikke voldsomme effekter af mutationen, når vi ser på hele sammensætningen af nematodesamfundet. Men når vi ser på rødderne, så bliver det interessant. I prøverne på dag 20 og dag 30 efter start af forsøget kunne vi se en markant forskel på den nematodeart, der hedder Pratylenchus neglectus,” forklarer Mette Vestergård Madsen. 

Pratylenchus neglectus er en planteparasitisk nematod, altså en af de skadelige arter. 

”Vi kunne se, at den er markant hyppigere forekommende i rødderne på mutanten end i vildtypen på dag 20 og dag 30, så der er noget, der tyder på, at når vi fjerner de her BX-stoffer, så er planten dårligere beskyttet med den her art af nematoder. Det samme gør sig gældende for nogle af de andre planteparasitiske nematodearter,” fortæller Mette Vestergård Madsen. 

Ingen negativ effekt på nyttige nematoder

Det er langt fra alle arter af nematoder, der bliver påvirket negativt af BX’erne. Ifølge forskerne er det kun ganske få, men de få er til gengæld også nogle af de mest skadelige arter. Så til trods for at den overordnede sammensætning af nematodesamfundet kun varierede moderat i den BX-svækkede majs mutant, så fandt forskerne, at BX’er rammer skadelige nematoder som for eksempel Pratylenchus neglectus og Bitylenchus parvus. Mere nyttige nematodearter bliver ikke påvirket negativt, nogle så endda ud til at trives bedre. Derudover kunne forskerne konkludere, at selvom lidt BX’er også forsvinder ud i rhizosfærejorden, så er er det kun de nematoder, der enten sidder på rodoverfladen eller inde i rødderne, som rammes af BX’erne. Det tyder altså på, at koncentrationen i rhizosfærejorden ikke er tilstrækkeligt høj til at påvirke nematoderne.

”Det er kun de nematoder, der lever i tæt kontakt med planterødderne, der påvirkes af de her BX’er. Og ifølge vores analyser, så rammer de altså kun enkelte arter, men det er til gengæld også  de mest skadelige af slagsen,” konkluderer Mette Vestergård Madsen.