De eerste zouttolerante planten met extra zoutpompen erin komen eraan, maar er valt nog genoeg te verbeteren. Rassen met een verbeterde wortelgroei vormen de volgende stap.

De markt wacht op zouttolerante varianten van mais, aardappelen, rijst, sorghum en sla. Volgens de VN-wereldvoedsel­organisatie FAO is een vijfde deel van de landbouwgrond in de wereld al zo zout dat het de opbrengsten vermindert. Te veel zout in de bodem komt door verdamping van irrigatiewater, waarbij het zout achterblijft.

Het is niet makkelijk op de nieuwe vraag in te spelen. Jarenlang letten veredelaars bij het selecteren van planten niet op zouttolerantie. Moderne rassen kunnen daardoor slecht tegen zout. Daarnaast blijkt zouttolerantie een complex gereguleerde eigenschap met vele honderden betrokken genen. ‘Planten beschermen zich door natrium actief uit het cytoplasma van de bladeren te houden’, vertelt Christine Testerink, die zouttolerantie onderzoekt op de Universiteit van Amsterdam. ‘Maar dit doen ze op verschillende manieren en hoe is nog grotendeels onbekend.’

Succes

Enkele rassen kon men echter al ontwikkelen. Vier jaar geleden publiceerde een Australische team een eerste succes in Nature Biotechnology. Onderzoekers van de universiteit van Adelaide en het kennis­instituut CSIRO hadden een zouttolerante durumtarwe voor spaghetti en couscous verkregen. Op verzilte grond bracht de nieuwe variant maar liefst een kwart meer op dan het zoutgevoelige ras. Veredelingsbedrijven en onderzoeksinstituten in dertig landen, waaronder Tunesië, Argentinië en de VS, kruisen dit (vrij verkregen) ras nu met eigen tarwerassen, en testen de kruisingsproducten op geschiktheid voor de markt.
De Australische onderzoekers kruisten een moderne durumtarwe met een wilde, zouttolerante tarwe. Daarbij wisten ze welk gen ze inkruisten, een gen genaamd TmHKT1;5-A dat codeert voor een natriumpomp in het membraan. Planten selecteren met extra natriumpompen is op dit moment de belangrijkste strategie waaraan onderzoekers werken. Deze Australische zouttolerante tarwe heeft extra natriumpompen in de wortelcellen die langs het xyleem liggen, de ‘pijp’ die planten gebruiken om water van de wortels naar de bladeren te vervoeren. Vermoedelijk voorkomen die pompen daar dat er natrium in het xyleem belandt. Hierdoor kan er minder zout bij de bladeren komen. De universiteit van Adelaide heeft intussen ook zouttolerante soja ontwikkeld met extra veel van een ander type natriumpomp in wortelcellen rond het xyleem.

Testerink is enthousiast over deze successen, maar volgens haar kun je ze niet makkelijk kopiëren naar andere gewassen. We kennen al een paar varianten van pompen en afhankelijk van hun positie in membranen pompen ze natrium naar binnen of naar buiten. Het maakt uit waar natriumpompen tot expressie komen. Wortels kunnen vaak goed tegen zout, daar mag zout naar binnen worden gepompt om te worden opgeslagen. Ook kunnen planten zout opslaan in vacuolen in de bladeren. Maar nieuwe planten met extra natriumpompen moeten niet het natrium naar het cytoplasma in de bladeren pompen. Daar kunnen deze ionen het fotosyntheseproces namelijk in de war brengen. Testerink: ‘We moeten weten wat de verschillende natriumpompen op de verschillende plaatsen doen. Dan kunnen we het effect van extra pompen voorspellen.’

Variaties

Testerink zoekt naar allerlei bij de zout­tolerantie betrokken genen. Ze vergelijkt hiertoe de genetische variaties van 350 zoutgevoelige en zouttolerante zandraketlijnen. In haar onderzoek ontdekte ze dat bij zoutstress de hoofdwortels stoppen met groeien in de richting van de zwaartekracht, zoals ze gewoonlijk doen. In plaats daarvan groeien ze van het zout weg. In reactie op zoutstress maken de membranen een speciaal soort vetten aan, fosfolipase D geheten. Daardoor verdwijnen op die plaats de eiwitpompjes die het groeihormoon auxine opnemen, waardoor al snel de zoute kant van de wortel minder groeihormoon bevat. Met als resultaat dat de wortel afbuigt.

De planten groeien van het zout weg


In zoute grond blijkt de wortel ook minder zijwortels te maken. Testerink kan dat wel verklaren. ‘De plant heeft tijd nodig om zich aan het extra zout aan te passen.’ Hoe de wortelarchitectuur de zouttolerantie positief beïnvloedt, probeert ze onder andere te achterhalen door radioactief gelabeld natrium in de wortels te volgen. Ook kijkt haar groep bij verschillende zoutconcentraties of zandraket met vertraagde zijwortelgroei beter groeit dan zandwortels met gewone zijwortelgroei.

ABA

Uiteindelijk hopen de Amsterdamse onderzoekers de wortelarchitectuur zo te beïnvloeden dat planten beter tegen zout kunnen. Het hormoon ABA blijkt betrokken bij vertraagde zijwortelgroei. Wanneer vertraagde zijwortelgroei inderdaad goed blijkt voor zouttolerantie, en de genen achter dit mechanisme bekend zijn, zou je deze in een zouttolerant ras kunnen brengen. Dit mag echter geen andere processen waarbij ABA is betrokken, zoals het open en dicht gaan van huidmondjes, negatief beïnvloeden. Maar wellicht is dit op te lossen met bijvoorbeeld wortelspecifieke promotoren, zodat ingebrachte genen alleen daar tot expressie komen. Het zaadbedrijfsleven is erin geïnteresseerd, en betaalt een deel van het onderzoek mee.

Duidelijk is in ieder geval dat planten al bij heel lichte zoutstress hun fysiologie aanpassen. Zijwortels stoppen al met groeien bij een stress van 5 tot 7 % extra zout. Op de Universiteit Utrecht vond plantenfysioloog Scott Hayes dat Arabidopsis bij een nog lichtere zoutgradiënt stopt met het bovengronds uitstrekken om de schaduw van naburige planten te vermijden. Zonder zoutstress reageren planten op de infrarode/rode straling van naburige planten door ‘eromheen’ te groeien, richting het licht. Bij zoutstress stopt Arabidopsis hiermee. ‘Waarschijnlijk om energie te sparen’, zegt Hayes.

Ook hierbij speelt het groeihormoon ABA een rol: gemuteerde planten die niet op ABA kunnen reageren, reageren ook niet op een zoutgradiënt en blijven zich gewoon uitstrekken. Hayes kreeg onlangs een tweejarige EMBO-beurs om de biochemische mechanismes achter dit proces verder uit te zoeken.

Aardappel

Intussen zitten de veredelaars die in het veld selecteren niet stil. Zoals de aardappelveredelaars die gebruikmaken van de faciliteiten van Salt Farm Texel, een proefstation dat onder andere in opdracht werkt van zaadbedrijven en overheidsinstanties. Ook in Nederland dreigt verzilting, vanwege bodemverzakking en langere droge periodes. Daarom startte Salt Farm Texel vijf jaar geleden met het systematisch selecteren van tweehonderd aardappelrassen op proefvelden met zes verschillende zoutconcentraties. Onder die rassen, waarvan er nu twinitg zijn overgebleven, zaten kruisingen van moderne rassen met zouttolerante boerenrassen en wilde varianten uit de Andes.

'We hebben al een zouttolerant ras ontwikkeld’


Salt Farm Texel onderzoekt rassen van dertig gewassen, waaronder ook luzerne, kool- en grassoorten en wortelen. Sinds twee jaar testen ze ook aardappelrassen op verzilte gronden in Pakistan, samen met het Pakistaanse Jaffer Agroservice en het Nederlandse watermanagementbedrijf Meta Meta. ‘We hebben al een zouttolerant ras voor Pakistan ontwikkeld’, vertelt onderzoeksleider Arjen de Vos. ‘Op verzilte grond geeft deze een hogere opbrengst dan de veel gebruikte Pakistaanse aardappelrassen op niet-verzilte grond.’

De Vos zou graag meer weten over de stukken DNA die zijn betrokken bij zouttolerantie, zodat je jonge planten al in het laboratorium op hun DNA kunt selecteren. Salt Farm Texel heeft nu een projectaanvraag lopen om het DNA te vergelijken van zouttolerante en zoutgevoelige aardappelrassen. Volgens de Vos zouden er binnen tien jaar van allerlei gewassen zouttolerante rassen op de markt kunnen zijn, als er fors in wordt geïnvesteerd. Wat nu in ieder geval helpt, merken zowel hij als Testerink, is dat steeds meer zaadbedrijven zich in zouttolerantie interesseren.