Lupin – en overset proteinkilde

Klima Hvorfor dyrker vi ikke selv proteinholdige afgrøder herhjemme? Her kommer lupin ind som en oplagt alternativ proteinkilde blandt andre lovende bud på afgrøder i et fremtidigt bæredygtigt jordbrug.

Palmgreen2211w

Lupinen er en bælgplante, der ikke skal gødes med kvælstof, og som optager fosfat særdeles effektivt. Den producerer meget proteinholdige frø og er beslægtet med sojabønner. Så hvorfor dyrker vi ikke selv proteinholdige afgrøder herhjemme, som vores husdyr eller vi selv kan spise?

© Bert Wiklund
Momentum+

NovoCrops er et nyt center for accelereret forædling af vilde planter. Det blev oprettet i 2020 med en bevilling fra Novo Nordisk Fonden på 60 mio. kr. Visionen er, at centeret kan være med til at opfylde drømmen om et mere bæredygtigt jordbrug.

Novocrops’ udgangspunkt er planter, der gennem millioner af års udvælgelse fra naturens hånd allerede er udrustet med de gode egenskaber, som vi efterstræber, og som derfor ikke behøver at blive tilført noget nyt.

Vi har seks plantearter, som vi i centeret prøver på at forædle, så de kan blive til klimarobuste og højtydende afgrøder. Det drejer sig om vild byg, vild kartoffel, lucerne, quinoa, det vilde flerårige hvedegræs samt lupin.

Det er en kæmpe udfordring, men hvis blot én enkelt af disse seks planter ender med at blive forædlet, vil det i vores øjne være en stor succes for projektet. Men i det følgende vil vi fokusere på bælgplanten lupin.

Lupin er den oplagte afgrøde …

I en kontekst om proteinholdige afgrøder er det oplagt at komme ind på lupin. Det er en plante, man tit ser vokse ved jernbaneskråninger, og som trives godt i Danmark.

Lupinen er en bælgplante, der ikke skal gødes med kvælstof, og som optager fosfat særdeles effektivt. Den producerer meget proteinholdige frø og er beslægtet med sojabønner.

Sojabønner importerer vi i enorme mængder fra Sydamerika, hvor de er årsag til rydning af chacoskovene i Argentina og regnskoven i Brasilien for at få plads til dyrkningen.

Palmgreen2212

Vilde lupiner med modne frø dyrket af NovoCrops’ samarbejdspartnere fra Carlsbergs Forskningslaboratorium. Enorme mængder af høstede frø er nu ved at blive undersøgt for deres genetiske variation.

© Toni Wendt

De sojabønner, vi importerer, er allerede tømt for sojaolie, og tilbage er den proteinholdige sojaskrå, som vi fodrer grise med for at få kød på bordet. De sydamerikanske sojabønner er transgent modificerede til at blive herbicidresistente og dyrkes i enorme monokulturer med store miljømæssige konsekvenser.

Man kunne spørge sig selv, hvorfor dyrker vi ikke selv proteinholdige afgrøder herhjemme, som vores husdyr eller vi selv kan spise? Dér kommer lupin ind som en oplagt alternativ proteinkilde.

… men den er giftig

Desværre er lupinens frø meget giftige. Faktisk er hele planten giftig. Det er en del af dens naturlige beskyttelse mod dyr, som vil forgribe sig på den. Lupinen vil jo ikke spises, og den vil have sine frø i jorden. Der er faktisk meget få planter i naturen, der ikke er giftige på den ene eller den anden måde.

Det er de nødt til, fordi de er rodfæstede, og hverken kan flygte eller bide fra sig, hvis en fare nærmer sig. Med sine næringsholdige, proteinrige frø – og fordi den ikke skal gødes med kvælstof – er lupinen et oplagt bud på en plante, der kan danne grundlag for et mere bæredygtigt jordbrug herhjemme.

Den vigtigste hurdle er blot, at den fra naturens side er beskyttet mod at blive spist.

Hvordan kan vi gøre lupinen spiselig? Landmænd har allerede fundet sorter af lupin, som har defekter i deres evne til at producere gift og derfor akkumulerer mindre af den.

Det er jo i princippet strålende, men det har som konsekvens, at hele planten er forsvarsløs, og nu, så at sige, er blevet til grøn salat for biller, larver, snegle og andet kravl, som truer den.

Derfor er landmanden nødsaget til at sprøjte med alskens andre gifte for at holde skadedyrene væk – og så er dyrkningen pludselig ikke så bæredygtig, som det var tiltænkt.

Vi jagter transportproteiner

I vores lupinprojekt har vi udvalgt de sorter af lupin, som fra naturens hånd er allermest giftige, og derfor er allerbedst beskyttede. Vi ved desuden fra tidligere forskning, at giften ikke dannes i frøet selv, men andre steder i planten. Bagefter bliver giften transporteret ind i frøet.

Det betyder, at planten må bruge såkaldte transportproteiner til at flytte de giftige stoffer ind i frøene. Vores lupinprojekt går i al enkelthed ud på at finde disse proteiner og så fjerne dem.  

Hvis vi lykkes med det, vil det være et stort fremskridt imod en mere bæredygtig proteinkilde. Lupinplanten vil vokse op som en giftig spire og udvikle giftige rødder, stængel og blade, således at den er godt beskyttet mod skadedyr og ikke behøver at blive sprøjtet.

Når den blomstrer, vil den stadig være giftig. Når den er blevet bestøvet, og frøene begynder at udvikle sig, er det kun frøene, der er akilleshælen i dens forsvar. Så må vi jo håbe, at der ikke kommer nogle biller på det tidspunkt og spiser dem.

Projektet er i fuld gang på alle fronter. Først og fremmest arbejder vi hårdt på at finde de transportproteiner, der flytter giften til frøene. Det er som at lede efter en nål i en høstak, da lupinplanten har ca. 30.000 gener, der hver for sig koder for et protein.

Baseret på hvilke af disse, der kunne kode for et transportprotein, og hvilke der synes at fungere i frøene, har vi nu snævret feltet ind til mindre end 200 kandidatgener. Kandidaterne tester vi nu individuelt i laboratoriet for deres evne til at flytte giftstoffet ind og ud af celler.

Planten må bruge transportproteiner til at flytte de giftige stoffer ind i frøene. Vores lupinprojekt går ud på at finde disse proteiner og så fjerne dem.

Samtidig arbejder vi med at udvikle metoder til at neutralisere de gener, vi finder som koder for disse transportproteiner i vilde lupiner.

Som bekendt er DNA’et i alle organismers arvemasse organiseret i dobbeltspiraler af to lange kæder af fire forskellige baser, og det er rækkefølgen af dem, der bestemmer, hvornår et gen begynder, hvad det koder for, og hvornår det slutter.

Fjernes eller ændres blot en enkelt base i et gen, er der opstået en mutation, og i værste fald (for planten) kan det ødelægge genets funktion. Det er i dette tilfælde netop det, vi ønsker.

Men hvordan rammer vi plet i netop det eller de gener, der er ansvarlige for, at giften transporteres ind i lupinens frø?

Problemet: CRISPR klassificeres som GMO

Der er i løbet af de seneste år udviklet meget præcise metoder til at mutere udvalgte baser i en organismes arvemasse. Det er det, der kaldes genomeditering eller præcisionsforædling.

En af disse metoder er den såkaldte CRISPR/Cas9 eller bare "gensaksen", som udløste en nobelpris sidste år til de to videnskabskvinder, der fik den til at virke: Emmanuelle Charpentier og Jennifer Doudna.

Men selv om der er meget hype omkring gensaksen, og den fremstilles som et mirakel, er det ikke alle planter, der er lige tilgængelige for den. Det er endnu ikke lykkedes for nogen at mutere lupin på den måde.

Desuden er der er et andet problem med metoden, som begrænser dens anvendelse herhjemme – i hvert fald indtil videre.

Problemet er, at EU-domstolen i 2017 besluttede, at planter, der er udviklet med CRISPR/Cas9 teknologi, skal klassificeres som GMO’er og derfor skal igennem en streng og ekstremt kostbar godkendelsesprocedure.

Løsningen: Carlsbergs screeningsteknologi?

Det flasker sig imidlertid så heldigt, at Carlsberg Forskningslaboratorium for nylig udviklede en ekstremt følsom teknologi, der gør det muligt at screene enorme populationer af planter for forekomsten af helt specifikke mutationer – altså helt uden brug af gensaksen.

Optimistisk bliver man nødt til at være som plantebiologisk forsker.

I princippet tages der en DNA-prøve fra hver enkelt plante på en stor mark, og blandt de mange millioner baser zoomes der efterfølgende ind på en enkelt udvalgt base, som man på forhånd har bestemt sig for at gå efter. Man kan nu se, om den er blevet ændret, som man ønsker det.

Hvis det skulle gøres i hånden, ville det tage tusinder af år for en enkelt laborant at gå igennem hele populationen, men Carlsberg har allerede vist, at de med deres avancerede og automatiserede screeningsteknologi med stor succes på mindre end et år kan identificere ønskede mutationer, der allerede er opstået i en stor bygpopulation.

Ønsket om et bæredygtigt jordbrug

I samarbejde med Carlsberg dyrker vi lupinplanter på en stor mark på Fyn, og enorme mængder af høstede frø er nu ved at blive undersøgt for deres genetiske variation. Vi er meget optimistiske med hensyn til at finde den mutation eller de mutationer, vi gerne vil finde.

Optimistisk bliver man nødt til at være som plantebiologisk forsker. Og det, der driver os, er udsigten til at kunne bidrage med en ny proteinrig afgrøde til et mere bæredygtigt jordbrug i fremtiden.