Als er niets aan wordt gedaan, zal de klimaatverandering het moeilijker maken om op grote schaal voedsel te produceren. We halen meer dan 40% van onze calorieën uit slechts drie planten:tarwe, rijst en maïs. Klimaatverandering brengt zeer reële risico's voor deze planten met zich mee, waarbij recent onderzoek wijst op de mogelijkheid van gesynchroniseerde mislukte oogsten.

Hoewel we onze gewassen al lang hebben aangepast om ongedierte af te weren of de opbrengst te verhogen, is tot nu toe geen enkel commercieel gewas ontworpen om hitte te verdragen. We werken aan dit probleem door sojabonenplanten in staat te stellen het extreme weer van een warmere wereld te verdragen.

Welke bedreiging vormt de klimaatverandering voor ons voedsel?

Volgens schattingen van de Voedsel- en Landbouworganisatie van de VN moet de voedselproductie tegen 2050 met 60% stijgen om de 9,8 miljard mensen die naar verwachting op deze planeet zullen leven, te voeden.

Elke temperatuurstijging van 1°C tijdens de oogstseizoenen houdt verband met een daling van de rijstopbrengst met 10%. Een temperatuurstijging van 1°C zou wereldwijd kunnen leiden tot een daling van de tarweopbrengst met 6,4%. Dat is alsof we een grote gewassenexporteur als Oekraïne (6% van de verhandelde gewassen vóór de oorlog) buiten beschouwing hebben gelaten.

Planten kunnen, in tegenstelling tot dieren, geen toevlucht zoeken tegen hitte. De enige oplossing is om ze beter in staat te maken om te tolereren wat gaat komen.

Deze evenementen komen al aan. In april 2022 verloren boeren in de Indiase deelstaat Punjab meer dan de helft van hun tarweoogst door een verzengende hittegolf. Deze maand verwoesten de verzengende temperaturen in Zuidoost-Azië de gewassen.

Wat gebeurt er met planten als ze te maken krijgen met extreme hitte?

Planten gebruiken fotosynthese om zonlicht en koolstofdioxide om te zetten in suikerhoudend voedsel. Als het te warm is, wordt dit proces moeilijker.

Meer hitte dwingt planten water te verdampen om zichzelf af te koelen. Als een plant te veel water verliest, verwelken de bladeren en stopt de groei. De zonnepanelen van een plant – de bladeren – kunnen geen zonlicht opvangen als ze verwelken. Geen water, geen energie om het fruit of het graan te maken dat we willen eten. Wanneer de luchttemperatuur 50°C bereikt, stopt de fotosynthese.

Hogere temperaturen kunnen het voor planten moeilijker maken om stuifmeel en zaden te produceren, en kunnen ervoor zorgen dat ze eerder bloeien. Warmte verzwakt een plant, waardoor deze kwetsbaarder wordt voor ziekten en plagen.

Onze zaadgewassen – van rijst tot tarwe en sojabonen – zijn afhankelijk van seksuele voortplanting. Om een ​​goede opbrengst te krijgen moeten de planten bemest worden (bestoven door bijvoorbeeld bijen en vliegen).

Als er tijdens de bemestingsperiode een hittegolf toeslaat, kunnen planten hun zaden moeilijker zetten en daalt de opbrengst van de boer. Erger nog, hoge temperaturen veroorzaken steriel stuifmeel, waardoor het aantal zaden dat een plant kan produceren afneemt. Ook bestuivers zoals bijen hebben moeite zich aan te passen aan de hitte.

Onze gewassen voorbereiden

Om onze gewassen de beste kansen te geven zullen we gebruik moeten maken van genetische modificatietechnieken. Hoewel deze vaak controversieel zijn geweest, zijn ze onze beste kans om op de dreiging te reageren.

De reden hiervoor is dat genetische modificatie ons preciezere controle geeft over het genoom van een plant dan de traditionele methode van fokken op specifieke eigenschappen. Het gaat ook veel sneller omdat we genen van het ene organisme kunnen isoleren en deze zonder seksuele voortplanting naar een ander organisme kunnen overbrengen. Hoewel we zonnebloemen niet met tarwe kunnen kruisen via seksuele voortplanting, kunnen we wel zonnebloemgenen overbrengen naar tarwe.

Decennia lang hebben we vertrouwd op genetisch gemodificeerde versies van enkele van onze belangrijkste voedsel- en vezelgewassen. Bijna 80% van de sojabonen wereldwijd is genetisch gemodificeerd om de opbrengst te verhogen en ze voedzamer te maken. Genetisch gemodificeerde canola is goed voor meer dan 90% van de productie in Canada en de Verenigde Staten, terwijl ongeveer 20% van de in Australië geteelde canola genetisch gemodificeerd is. Maar tot nu toe hebben we geen commercieel goedgekeurde gewassen gehad die zijn aangepast om hitte te weerstaan.

Eén manier om dit te doen is door te zoeken naar hittetolerante planten en hun kwaliteiten over te brengen op onze gewassen. Sommige planten zijn opmerkelijk hittetolerant, zoals de levende fossiele welwitschia mirabilis, die kan overleven in de Namibische woestijn met bijna geen regenval.

Hitteschok en hittesensoren

Plantencellen beschikken net als de onze over hitteschokeiwitten. Deze helpen planten de hitte te overleven door het eiwitvouwingsproces in andere eiwitten te beschermen. Als er geen hitteschokeiwitten zouden zijn, zouden vitale eiwitten zich ontvouwen in plaats van te vouwen in de juiste vorm voor hun werk.

We kunnen proberen de werking van deze bestaande hitteschokeiwitten te versterken, zodat de cellen kunnen blijven functioneren onder warmere omstandigheden.

We kunnen ook het gedrag aanpassen van genen die als warmtesensoren fungeren. Deze genen werken als hoofdschakelaars en regelen de reactie van een cel op hitte door beschermende hitteschokeiwitten en antioxidanten op te roepen.

In ons laboratorium hebben we sojabonenplanten gemodificeerd door deze warmtegevoelige hoofdschakelaargenen te versterken. Sojabonenplanten die hogere niveaus van dit gen tot expressie brachten, vertoonden een significante toename van de bescherming. Onder korte, intense hittegolfomstandigheden verwelkten deze gemodificeerde planten minder, produceerden ze levensvatbaarder stuifmeel, hadden ze minder structurele misvormingen en hadden ze betere opbrengsten onder hittestress.

Hoe zit het met tarwe?

Hoewel we gewend zijn geraakt aan genetisch gemodificeerde sojabonen, zijn we nog niet in het reine gekomen met de noodzaak om tarwe, het belangrijkste basisgewas, te veranderen.

Hittegolven vormen een soortgelijk probleem voor tarwe, maar er is geen acceptatie door de gemeenschap. De weerstand tegen gemodificeerde tarwe was zeer sterk.

In het laboratorium zijn onderzoekers van universiteiten en landbouwbedrijven erin geslaagd tarwe zo aan te passen dat ze meer hitte tolereren. Maar geen van deze veranderingen heeft geleid tot gewassen die in de velden worden geplant.

Als we een groeiende bevolking op een hetere planeet willen voeden, zal dit moeten veranderen.

Aangeboden door The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.