En genvariant från teosinte ökar majsens förmåga att använda kväve

Teosinte heter den vilda släktingen till den domesticerade majsen. För ett otränat öga är det svårt att se att de faktiskt båda hör till arten Zea mays. Teosinte är vitt förgrenad och har smala ax med få frön istället för de kraftiga majskolvarna som utmärker den moderna majsen. Nu presenterar forskare i tidskriften Nature resultat som visar att teosinte trots det har tre gånger högre proteininnehåll i sina frön jämfört med de flesta moderna majssorter, även utan kvävegödsling. 1,2

Illustration av teosinte och dagens majs. Illustration och copyright: Gunilla Elam.
Teosinte och dagens majs. Illustration och copyright: Gunilla Elam.

Forskarna kartlade de genetiska skillnaderna mellan teosinte och majs, och identifierade den genvariant som låg bakom skillnaden i proteininnehåll. Genen kallas THP9 för Teosinte high protein 9 och kodar för ett enzym som heter asparaginsyntetas, ASN4. ASN-enzymet är viktigt för omsättningen av kväve i växter och behövs för att göra aminosyran asparagin. Nivån av asparagin är i sin tur tätt kopplad till proteinnivåerna i fröet. Forskarna fann att många moderna majssorter har en muterad form av THP9-genen som gör att de inte kan tillverka ASN4-enzymer.

Med hjälp av genteknik satte forskarna in den funktionella THP9-genen från teosinte i flera av dessa moderna majssorter. Det ledde till en ökning med närmare 40 procent av proteinnivåerna i fröet, och även en ökad nivå i andra delar av växten. Det i sin tur ledde till en ökad biomassa. I fältförsök kunde forskarna visa att majsen med en fungerande THP9-gen växte betydligt bättre, också under förhållanden där man gödslat med en mindre mängd kväve. Majsen verkar alltså bli en effektivare kväveanvändare.

Hur kommer det sig då att de flesta moderna majssorter har en defekt THP9-gen? Forskarna beskriver att det antagligen beror på att majs har gödslats så frikostigt att det inte funnits någon selektion för en effektiv kväveanvändning. Men frikostig gödsling med kväve innebär flera problem; dels är konstgödseltillverkning mycket energikrävande och dels innebär spridning av mycket kväve en risk för övergödning av sjöar och vattendrag.

Att introducera THP9-genen i moderna majssorter skulle kunna vara ett sätt att förbättra dessa sorter. De skulle få en ökad proteinhalt i majskornen, och samtidigt ge grödan en mer effektiv kväveanvändning vilket skulle ge större avkastning med mindre mängd tillsatt kvävegödning.

/Annelie Carlsbecker

Källor

1. Huang, Y. et al. THP9 enhances seed protein content and nitrogen-use efficiency in maize. Nature 612, 292–300 (2022).

2. A gene variant in maize that increases protein content. Nature (2022) doi:10.1038/d41586-022-03336-w.