Aarhus University Seal

Cereals have a built-in defence against fungal attacks

Researchers at Aarhus University have identified a gene in wheat and barley that can protect the cereal from attack by the fungi <em>Fusarium</em> and <em>Aspergillus</em>.

Fungal diseases cause major loss in both field and storage, so it is important to find effective tools to fight them. Photo: Aarhus University

To prevent anti-fungal attacks, farmers use a number of tricks, including fungicide treatment, crop rotation and cultivation of fungal-resistant cereal.

Researchers from Aarhus University have now discovered a new defense mechanism in barley and wheat, which may also be added to the arsenal against fungal diseases: a gene that encodes a particular protein.

Professor Henrik Brinch-Pedersen and his research group from the Department of Molecular Biology and Genetics were not really in search of a genetic fungicide but worked to exploit genetic properties in wheat that make it easier to use phosphorus and other minerals in cereal.


Read the article Unique wheat passes the test.


- Vi fandt de specifikke gener, der er vigtige for fytaseaktivitet i korn. Derudover fandt vi en mutant, hvor generne for fytase kommer mere kraftigt til udtryk end i almindeligt korn, hvilket gav en højere fytase-aktivitet, siger Henrik Brinch-Pedersen.

Enzym åbner døre til næringsstoffer

Fytase er et enzym, der åbner døren til livsvigtige mineraler, der gemmer sig i foder og fødevarer. Mineraler som fosfor er ofte låst væk i en forbindelse med stoffet fytat. Enzymet fytase låser op for denne fytat-forbindelse og gør mineralerne mere tilgængelige.

Men svampen Fusarium har også fytase-aktivitet. Når svampen angriber en plante bruger den sin fytase til at gøre plantens næringsstoffer tilgængelige og udnytte dem til sin egen vækst. Denne fytase-aktivitet er helt nødvendig for, at svampen kan etablere sig på planten.

- Vi tænkte, om kornplanten havde noget i sig, der hæmmer svampenes fytase-aktivitet, så den kan beskytte sig mod angreb af Fusarium og Aspergillus, siger Henrik Brinch-Pedersen. Vi fandt, at byg og hvede indeholder et protein-nedbrydende enzym, det vil sige en protease, der hedder HvNEP-1. Ikke nok med det, det lykkedes også at identificere det gen, der koder for HvNEP-1, siger han.

- Når planteceller i byg og hvede bliver angrebet, falder deres pH. Først da bliver HvNEP-1 aktiv og hæmmer svampenes fytase-aktivitet, forklarer Henrik Brinch-Pedersen. Afprøvninger i laboratoriet og væksthuset viste, at byg, der indeholder genet HvNEP-1, har en markant bedre beskyttelse mod Fusarium og Aspergillus. Enzymet hæmmede svampevæksten og satte fuldstændig stop for dannelse af svampetoksiner.

Fra forskning til anvendelighed

Et er at opdage et gen. Noget andet er, om genet effektivt kan bruges i praksis i en bekæmpelsesstrategi mod svampe. Kommende undersøgelser skal derfor blandt andet vise, om HvNEP-1 også virker mod andre svampetoksiner end Fusarium og Aspergillus, om genet findes i andre afgrøder og hvor stor den naturlige variation i genets forekomst er i forbindelse med mulighederne for at fremavle af den.

- Svampesygdomme fører til store tab i både mark og lager, så det er vigtigt at finde effektive værktøjer til at bekæmpe dem – og det skal være løsninger, der ikke fører til udvikling af resistens i svampene, siger Henrik Brinch-Pedersen.


Yderligere oplysninger:

Professor Henrik Brinch-Pedersen
Institut for Molekylærbiologi og Genetik, Aarhus Universitet
email: hbp@mbg.au.dk, telefon: 8715 8268