Tegnologie bevorder plantgroei op genetiese vlak

’n Vinnig groeiende bevolking en langer lewensjare weens mediese tegnologie, beteken dat die wêreld se behoefte aan voedsel en veevoer teen ‘n vinnige tempo toeneem. Na raming sal ’n toename van byna 100% in landbouproduksie nodig wees om die menslike bevolking in 2050 te onderhou (Elferink & Schierhorn, 2016).

Dr Hannes Loubser1, Dr Paul Hills1, Dr Ida Wilson2 en Johan Janse van Rensburg3

1 Instituut vir Plantbiotegnologie, Departement Genetika,

Universiteit Stellenbosch 2 Biorevolution en Departement Agronomie, Universiteit

Stellenbosch 3 Oro Agri, Suid-Afrika

Landbouproduktiwiteit word egter ingeperk deur klimaatsverandering en veral deur gepaardgaande waterskaarste, wat blyk uit grootskaalse wêreldwye droogtes in landbougebiede. Hoër temperature, wisselvallige en onvoorspelbare reën patrone en uiterste weersomstandighede het verder ook ‘n uitwerking op gewasopbrengste (Challinor et al., 2014). Weens droogtes word gronde brak, wat verdere uitdagings aan gewasproduktiwiteit verleen (Bartels & Sunkar, 2005).

Biostimulante is ‘n deel van die antwoord Biostimulante is produkte wat plante se groei ondersteun en hul help om biotiese en abiotiese stremming te weer staan. Biostimulante is voordelig vir die plant se eie natuurlike groeiprosesse, onder meer wortels se groei en die simbiose met grondorganismes. Gesonde wortels en die bevolking van grondmikrobe wat deur die wortels gelok word, beteken dat die plant ‘n verbeterde vermoë het om voedingstowwe uit die grond op te neem. Dit bevorder die plant se algemene gesondheid en gevolglik word beter opbrengste van hoër kwaliteit deur die plante gelewer. Verskeie grondstowwe word gebruik in die vervaardiging van biostimulante, insluitend humiensure, ekstrakte van alge en ander plante en ook plantgroei- bevorderende bakterieë (De Vasconcelos & Chaves, 2019).

Hoe C4L-tegnologie gewasproduksie bevorder In navorsing by die Universiteit van Stellenbosch is die uitwerking van die C4L-tegnologie biostimulant (C4L) op die plant Arabidopsis thaliana ontleed. Plante wat met C4L behandel is en plante wat geen C4L ontvang het nie, is met soutwater natgelei. Positiewe groei-effekte is in plante wat met C4L behandel was waargeneem. Die metaboliese reaksie van plante het op geen vlak verander nie en die chlorifil-inhoud en biomassa van die plante het, ten spyte van die soutwater waarmee dit natgelei is, toegeneem. C4L het dus ‘n mate van soutstremmingstoleransie aan die plante verskaf (Figuur 1). Laastens is ook opgemerk dat plante se waterhouvermoë (deur die huidmondjies) ook gereguleer was, tot so ‘n mate dat dit plante se vermoë om te groei bevorder het (Loubser & Hills, 2020).

Hoewel die versagting van soutstremmings baie duidelik sigbaar was in die plante wat ontleed is, is dit ook moontlik dat ander stremmingsversagtiging kan plaasvind. Volgens Zhu (2016) reageer baie van die gene wat deur soutstremming geaktiveer word, ook op koue of droogtestremming. Dit verhoog sodoende die moontlikheid dat C4L ‘n waardevolle hulpmiddel kan wees in die bemiddeling van ander soorte stremming. Dié moontlikheid sal in die toekoms in opvolgnavorsing by die Universiteit van Stellenbosch ondersoek word.

Veranderinge op molekulêre vlak C4L ontlok fisiologiese reaksies in gewasse wat gewasopbrengs en -gehalte verhoog. Die bogenoemde navorsing het ook die NA BLADSY 14

Figuur 1: Bogrondse biomassaproduksie van Arabidopsis thaliana waneer dit met brakwater natgelei is (a) of wanneer dit ‘n C4L-toediening ontvang het en daarna met brakwater natgelei is (Figuur vanuit Loubser, 2020).

Tegnologie bevorder plantgroei op genetiese vlak

VAN BLADSY 12

Figuur 2: Die groei van die kontrole tamatieplant wat geen C4L ontvang het nie (links op foto) het visueel verskil van die tamatieplant wat C4L ontvang het (regs op foto) (Loubser, 2020).

Figuur 3: Die wortels van tamatieplante wat nie C4L ontvang het nie (onderste wortels op foto) was visueel korter as die wortels van plante wat C4L ontvang het (boonste wortels op foto) (Loubser, 2020).

biostimulant se uitwerking op die plante op molekulêre vlak bestudeer. Daar is bevind dat die werking van C4L, toegedien as ‘n grondtoediening teen 0,01% (v/v), se positiewe effekte vanweë die uitdrukking van spesifieke gene in die plant is.

‘n Transkriptoom is ‘n weerspieëling van die onderliggende gene wat vir die sintese van metaboliete (en ander molekules) in ‘n lewende organisme verantwoordelik is. Wanneer ‘n mens kennis insamel met behulp van ‘n transkriptoom, evalueer dit spesifieke geen-uitdrukking en spesifieke metabolietvervaardiging.

Toe die transkriptoomprofiel van C4L-behandelde plante vergelyk is met dié plante wat nie C4L ontvang het nie, is 8% van die gene anders uitgedruk in plante wat die produk ontvang het. Ongeveer 5% van die gene was op-gereguleer. Op-regulasie beteken dat meer van ‘n spesifieke proteïen deur ‘n geen geproduseer sal word, en ongeveer 3% van die gene is af-gereguleer, wat beteken dat die uitdrukking van ‘n proteïen afgeneem het.

Veral gene wat betrokke is by fotosintese, selwandvor ming, koolhidraatmetabolisme en sekondêre metabolisme was deur C4L beinvloed, wat moontlik die verbetering in plantgroei in die plante wat die C4L behandeling ontvang het verduidelik (Loubser, 2020). Aktivering van tamatieplantgeen In die driejaarlange doktorale navorsing is die reaksie van tamatieplante (Solanum lycopersicum) op die molekulêre vlak ook ontleed. Die reaksie van plante waarop ‘n blaarbespuiting van C4L toegedien is (teen ‘n konsentrasie van 0,05% [v/v]) is bestudeer.

Dit was duidelik dat C4L die plante se biomassaproduksie gestimuleer het. Veral die wortellengtes van behandelde plante was opmerklik langer as plante wat nie die produk ontvang het nie (Figuur 2 en Figuur 3).

Soos vir die Arabidopsis-plante was die gene in behandelde plante anders uitgedruk in vergelyking met dié wat nie C4L ontvang het nie. Vir tamaties was daar ‘n groter reaksie as vir die Arabidopsis-plante. In hierdie geval was dit 18% van die uitgedrukte gene in behandelde plante wat verskil het van die onbehandelde plante. Van hierdie 18% was 9% op-gereguleer en 9% af-gereguleer. Veral gene wat verantwoordelik is vir stremming en proteïenmetabolisme is anders uitgedruk, wat tot ‘n mate die verbeterde groei in die tamatieplante kan verduidelik (Loubser, 2020).

Samevatting Toekomstige landbouproduksie staar baie uitdagings in die gesig, en veral dié van die produsering van gewasse onder uitdagende omgewingstoestande. Gelyktydig is daar ‘n groeiende behoefte aan groter opbrengste. Akademiese navorsing het bewys dat C4L, ‘n kommersieel beskikbare biostimulant, die opbrengs en kwaliteit van gewasse verbeter. Ondersoek na die onderliggende meganisme van werking van die produk het aangetoon dat die middel plante se metabolisme beïnvloed deur verandering in die metaboliese weë wat plantgroei en funksionering bepaal.

In die toekoms, namate kennis van die onderliggende meganismes van weerstand en stremmingsverligting in plante uitbrei, sal die potensiaal van C4L ter ondersteuning van gewasverbouing nog duideliker word. Nieteenstaande is C4L reeds ongetwyfeld ‘n hulpmiddel vir toekomstige volhoubare gewasproduksie.

Verwysings

Loubser, J. 2020. Analysis of the molecular and physiological effects following treatment with BC204 in Arabidopsis thaliana and Solanum lycopersicum. PhD Dissertation, University of Stellenbosch. Loubser, J. & Hills, P. 2020. The application of commercially available

Citrus-based extracys mitigates moderate NaCl-Stress in Arabidopsis thaliana plants. Plants 9: 1010. Zhu, J. 2000. Update on stress signalling genetic analysis of plant salt tolerance using Arabidopsis. Plant Physiol. 124, 941–948. Elferink, M. & Schierhorn, F. 2016. Global Demand for Food Is Rising. Can

We Meet It? Harvard Business Review-7 April 2016. Available online: https://hbr.org/2016/04/global-demand-for-food-is-rising-can-wemeet-it (accessed on 22 June 2021) Challinor, A.J., Watson, J., Lobell, D.B., Howden, S.M., Smith, D.R. & Chhetri, N. 2014. A meta-analysis of crop yield under climate change and adaptation. Nature Climate Change, 4(4), pp.287-291. Bartels, D. & Sunkar, R. 2005. Drought and salt tolerance in plants. Critical reviews in plant sciences, 24(1), pp.23-58. De Vasconcelos, A.C.F. & Chaves, L.H.G. 2019. Biostimulants and their role in improving plant growth under abiotic stresses. Bio stimulants in plant science, pp.1-14.