Hvorfor studere planter?

Planter, i likhet med dyr, er multicellulære eukaryoter Bakterier Arker Dyr Planter Sopp Felles forfedre Plants, animals and fungi share many cellular functions. Studying plants informs us about animals, and vice versa, because of their shared eukaryotic ancestry. Images – bacteria - Pseudomonas aeruginosa Archaea - Halobacterium sp. Fungi - Coprinus comatus Animal - Sciurus carolinensis Plant - Lathyrus odoratus Photo credits: Public Health Image Library; NASA; © Dave Powell, USDA Forest Service; tom donald

Planter er mangfoldige Grønne alger Levermoser Moser Avanserte planter Club Moser Bregner Frøplanter Blomstrende planter Kongle-bærende planter Gress Tofrø-bladede planter Land-planter Planter har utviklet muligheten til å trives i ulike landhabitater Images courtesy tom donald

Planter gjør oss glade Personer som kan se planter på jobben rapporterer betydelig om større arbeidsglede enn de som ikke kan. Dravigne, A., Waliczek, T.M., Lineberger, R.D., Zajicek, J.M. (2008) The effect of live plants and window views of green spaces on employee perceptions of job satisfaction. HortScience 43: 183–187. Photo credit: tom donald

Planter er fantastiske levende organismer Largest organism (> 100m) Største blomst (~ 1 m) The largest tree, General Sherman, is much larger than the largest animal, the blue whale. For more botanical record breakers see http://waynesword.palomar.edu/ww0601.htm#oldseed Rafflesia arnoldii Photo by ma_suska Pinus longaeva – bristle cone pine Sequoiadendron giganteum - giant sequoia Lengste levende (~ 5000 år) Photo credits: ma_suska; Bradluke22; Stan Shebs

Vi kan ikke leve uten planter Planter produserer det meste av oksygenet vi puster. Planter produserer det meste av lagret kjemisk energi vi bruker som mat og drivstoff. Planter produserer et fantastisk utvalg av nyttige kjemikalier.

Vi kan ikke leve uten oksygen! Ingen oksygen Joseph Priestley fant ut at et dyrs pusting "skadet" luften. Et dyr som ble oppbevart i en lukket beholder ville til slutt besvime. X In a celebrated experiment from 1772, Joseph Priestley kept a mouse in a jar of air until it collapse because of a lack of oxygen. He found that a mouse kept with a plant would survive.

Vi kan ikke leve uten oksygen! produsert Priestley fant også ut at planter har evnen til å "restaurere" luften. Nå vet vi at de produserer oksygen som et biprodukt av fotosyntesen. In a celebrated experiment from 1772, Joseph Priestley kept a mouse in a jar of air until it collapse because of a lack of oxygen. He found that a mouse kept with a plant would survive.

Planter omdanner karbondioksid til energirike molekyler vi dyr kan bruke som mat CO2 Planter omdanner CO2-gass til sukker gjennom prosessen kalt fotosyntese.

Planter kan produsere et fantastisk utvalg av kjemikalier vitamin A vitamin C vanillin koffein morfin CO2

Hvorfor studere planter? For å spare truede planter og truede miljøer For å lære mer om den naturlige verden For å bedre kunne utnytte planters evne til å gi oss mat, medisiner og energi Photo credit: tom donald

Studie av planter informerer oss om vår verden Celler ble først observert i planter. biology.clc.uc.edu/Fankhauser/Labs/Cell_Biology/Cells_Lab/CELLS.htm Fotografi av korkceller Tegning av kork av Robert Hooke, oppdageren av ”celler" Photo credit: ©David B. Fankhauser, Ph.D

Virus ble først renset ut fra planter Virus infiserer mennesker, så vel som planter, og forårsaker mange sykdommer inkludert AIDS, hepatitt, SARS, svineinfluensa, cervical kreft, vannkopper og polio. (Copyright) 1994 Rothamsted Research. www.rothamsted.bbsrc.ac.uk Tobakk mosaikk Virus Image Copyright 1994 Rothamsted Research.

Mendels studier av erter avslørte lovene om arv

Mendels studier av erter avslørte lovene om arv .. som hjelper oss å forstå menneskelige sykdommer som sigd-cell anemi...

Mendels studier av erter avslørte lovene om arv .. .og blødersykdom, så vel som utallige andre menneskelige sykdommer som har en genetisk komponent Stamtavle av familie som er bærere av bløder-allelet

Mendels studier av erter avslørte lovene om arv Darwins arbeid la grunnlaget for vitenskapen om planteforedling og planteformering. Den berømte planteforedleren Norman Borlaug 1914-2009, Æresdoktor ved NLH (UMB) og Nobels Fredspris 1970

Hvorfor studere planter?

Verdens befolkning vokser og vokser... Verdens befolkning er forventet å tredobles mellom 1950 (2,5 milliarder) og 2020 (7,5 milliarder)

Verdens befolkning vokser og vokser... En viktig målsetting med plantevitenskap er å øke matproduksjonen; gjeldende beregninger tyder på at vi trenger å øke produksjonen med 70% i løpet av de neste 40 årene.

Feilernæring og sult dreper barn I 2004 døde 60 millioner mennesker over hele verden. (Source:  World Health Organization, 2008)

Feilernæring og sult dreper barn i større grad enn voksne 10 millioner av dem var barn under 5 år gammel, hvor 99% av de bodde i land med lave inntekter. (Source: The State of the World's Children, UNICEF, 2007)

Feilernæring og sult dreper barn 5 millioner barn under 5 år dør hvert år på grunn av underernæring og tilknyttede årsaker. Det er ett barn av førskolealder som dør hver sjette sekund, og som kunne vært unngått.

Feilernæring og sult dreper barn Mangel på tilstrekkelig A vitamin dreper millioner av barn i året (Source: Vitamin and Mineral Deficiency, A Global Progress Report, UNICEF)

Hvordan ville verden reagere på en sykdom som påvirket befolkningen i USA, Canada og den europeiske unionen?

Globalt, er mer enn én milliard mennesker per år kronisk sulten Det er mer enn den totale befolkningen i USA, Canada og EU. (Source: FAO news release, 19 June 2009)

Mer enn to milliarder mennesker per år er kronisk blodfattig grunnet jernmangel Det er omtrent den totale befolkningen i USA, Canada, EU og Kina. (Source:  World Health Organization, WHO Global Database on Anaemia)

Hva kan forskere gjøre MED dette?

Planteforskere kan bidra til bekjempelsen av sult Ved å utvikle planter som er tørke- eller stresstolerante Krever mindre gjødsel eller vann er motstandsdyktig mot patogener er mer næringsrik

Plantevekst er ofte begrenset av stress forårsaket av tørke Image source: IWMI

Stress forårsaket av tørke er beregnet ved å øke den globale temperaturen I varme regioner, kan avlingsutbyttet minke med ~ 3 – 5% for hver 1°C økning i temperaturen. En modell for gjennomsnittsøkningen i temperaturen i jordbruksland ved år 2050. Gornall, J., Betts, R., Burke, E., Clark, R., Camp, J., Willett, K., and Wiltshire, A. Implications of climate change for agricultural productivity in the early twenty-first century. Phil. Trans. Royal Soc. B: 365: 2973-2989.m

Selv mild tørkestress reduserer utbyttet Mild tørkestress reduserer hastigheten av fotosyntese og vekst, mens ekstrem tørkestress er dødelig.

Vi trenger planter som trives godt selv under stressende forhold Varme og tørke reduserer planteutbytte

Vi trenger plantene som trives godt selv under stressende forhold Varme og tørke reduserer planteutbyttet Større landområder må brukes for å skaffe større avlinger

Vi trenger plantene som trives godt selv under stressende forhold Varme og tørke reduserer planteutbytte Fjerning av trær for å rydde vei for avlinger gir mer CO2 i atmosfæren Flere land må fjernes for å vokse mer avlinger

Endring av ett enkelt gen kan øke planters toleranse mot tørke Etter vanning Godt vannede 10 dagers tørke 20 dagers tørke Tørke- motstandsdyktig Vild-type Yu, H., Chen, X., Hong, Y.-Y., Wang, Y., Xu, P., Ke, S.-D., Liu, H.-Y., Zhu, J.-K., Oliver, D.J., Xiang, C.-B. (2008) Activated expression of an Arabidopsis HD-START protein confers drought tolerance with improved root system and reduced stomatal density. Plant Cell 20:1134-1151.

Et større rotsystem bidrar til tørketoleranse Seedlings Mature plants Wild-type Tørke tolerant Avl av planter for større rotsystemer kan hjelpe dem å vokse i tørkeutsatte regioner. Yu, H., Chen, X., Hong, Y.-Y., Wang, Y., Xu, P., Ke, S.-D., Liu, H.-Y., Zhu, J.-K., Oliver, D.J., Xiang, C.-B. (2008) Activated expression of an Arabidopsis HD-START protein confers drought tolerance with improved root system and reduced stomatal density. Plant Cell 20:1134-1151.

Gjødsel er en energi-krevende og begrensende ressurs Avlinger trenger gjødsel – kalium, fosfat, nitrogen og andre næringsstoffer Kalium og fosfat er ikke-fornybare ressurser som hentes I miner Syntese av nitrogengjødsel krever store mengder energi Photo credits: Mining Top News; Library of Congress, Prints & Photographs Division, FSA-OWI Collection, LC-USW361-374

Bruk av landbruksgjødsel er en betydelig kilde til miljøforurensning Gjødselavrenning fører til døde soner, algeoppblomstring og forfall, reduserer oksygennivå i vannet og gjør dyreliv umulig http://www.sciencedaily.com/releases/2009/06/090618124956.htm Photo courtesy of NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio

Opptak av næring hos planter kan forbedres Mer effektivt transportsystem i roten kan redusere gjødselbehovet. Yuan, L., Loque, D., Kojima, S., Rauch, S., Ishiyama, K., Inoue, E., Takahashi, H., and von Wiren, N. (2007). The organization of high-affinity ammonium uptake in Arabidopsis roots depends on the spatial arrangement and biochemical properties of AMT1-type transporters. Plant Cell 19: 2636-2652.

Flerårige planter har bedre vann- og næringsopptak enn de fleste jordbruksplanter Forskere krysser flerårige planter med jordbruksplanter for å redusere jordbrukets avhengighet av gjødsel og vann The enormous root system of a perennial wheat relative Thinopyrum intermedium, is held by its developer Wes Jackson. http://www.westerngardeners.com/foodshed-challenges-require-new-thinking.html Wes Jackson av Land Instituttet holder en slektning av flerårshvete Thinopyrum intermedium Photo credit: Jodi Torpey, westerngardeners.com

Akkurat nå, truer to alvorlige sykdommer verdens matforsyning Phytophthora infestans, som forårsaker potettørråte, har igjen dukket opp som en trussel. Puccinia graminis tritici, hvetestamme rustsopp, har utviklet seg til en svært aggressiv form. Photo credits: www.news.cornell.edu; www.fao.org

Tørrråte ødelegger potetavlingen Potettørråte er en soppsykdom forårsaket av Phytophthora infestans. Utbrudd i1840-årene ødela avlinger og bidro til millioner av dødsfall i Europa. Infisert Behandlet Photo credits: USDA; Scott Bauer

Identifikasjon av resistente gener Ikke inokulert Inokuleres med sopp Motstandsdyktig Utsatt Genetikere har identifisert genet som gir resistens mot tørråte og introduserer den i spiselige sorter. Planten til venstre bærer genet for resistens og er fri for symptomer på sykdom. Song, J., Bradeen, J.M., Naess, S.K., Raasch, J.A., Wielgus, S.M., Haberlach, G.T., Liu, J., Kuang, H., Austin-Phillips, S., Buell, C.R., Helgeson, J.P., Jiang, J. (2003) Gene RB cloned from Solanum bulbocastanum confers broad spectrum resistance to potato late blight. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100:9128–9133.

Hvetestilkrust er en trussel En ny, svært patogen variant dukket opp i Uganda i 1999 – den er kalles Ug99. De fleste hvetesorter har ingen motstand mot denne varianten. Infisert hveteavling Photo credit: ARS USDA

Ug99 truer hvete overalt Dette er et globalt problem som må få global oppmerksomhet. Ug99-sporer slutter ikke ved nasjonale grenser... – United Nations Food and Agriculture Organization (FAO) Photo credit: ARS USDA

Soppen er vindbåren Ug99 er funnet i Uganda, Kenya, Etiopia, Sudan, Jemen og Iran, og truer regioner i den nære østen, Øst-Afrika og Sentral- og sørlige Asia. Vindstrømmer som bærer sporene vises i rødt Photo credit: www.wheatrust.cornell.edu

Soppen er vindbåren Sannsynlig Ug99 bane Hvete er ofte hovedandelen av avlingene i mange av disse truede områdene, spesielt for de fattigste innbyggerne. Photo credit: www.wheatrust.cornell.edu

Internasjonale team av forskere samarbeider med å overvåke spredningen av Ug99 og å utvikle resistente hvetesorter. På det nåværende tidspunkt vet ingen om resistente stammer vil bli utviklet tidsnok for å unngå en stor hungersnød... www.fao.org/agriculture/crops/core-themes/theme/pests/wrdgp/ug99intconf/en/ Photo credits: Bluemoose; FAO

Plantebiologer studerer måter å holde plantene friske på etter høsting Etter høsting bløtgjøres frukt, så modnes de og til slutt råtner de. http://hort.cals.cornell.edu/cals/hort/research/images/postharvest.jpg http://www.arc.agric.za/institutes/infruit/main/divisions/postharvestprocessing/fruitquality.htm Disse prosessene gjør frukten mindre tiltalende og påvirker ernæringsmessige kvaliteter. Photo credits: Cornell University ; ARC

Plantebiologer studerer måter å holde plantene friske på etter høsting Lagringstap kan ødelegge 50% eller mer av en kornavling. Grønnfarging er solanin, en gift som kan oppstå i feillagrede poteter (lys). Solanin er skadelig, og kan være giftig i store mengder. Aspergillus mugg vokser på korn. Photo credits: Dr. C.M. Christensen, Univ. of Minnesota.; WSU; Pavalista, A.D. 2001

Forbedret næringsinnhold i planter kan minske underernæring Sult Eksistensminimumsdietter er vanligvis næringsfattig. Våre organer trenger vitaminer og mineraler, samt kalorier. Underernæring er primært en fattigdomssykdom. Jernmangel (små barn) Vitamin A-mangel For permissions permissions@who.int Image sources: Petaholmes based on WHO data; WHO

Praksisen med vitaminisering av (for eksempel folat og vitamin A) og mineralisering (for eksempel jern, sink og jod) av matvarer har dramatisk redusert underernæring i store deler av verden. Photo credit: © UNICEF/NYHQ1998-0891/Giacomo Pirozzi

Kassava er en hovedkilde til mat i store deler av Afrika, men lite næringsrik Standard hvit variant Forskere har nylig identifisert en variant som gir mye mer vitamin A enn standard varianten. Den nylig utviklede gule varianten Welsch, R., Arango, J., Bar, C., Salazar, B., Al-Babili, S., Beltran, J., Chavarriaga, P., Ceballos, H., Tohme, J., and Beyer, P. Provitamin A accumulation in cassava (Manihot esculenta) roots driven by a single nucleotide polymorphism in a phytoene synthase gene. Plant Cell: tpc.110.077560.

Genetisk forbedrete matvarer – gjennom genmodifisering Jern-beriket ris Vill-type (øverst) og antioksidantberiket tomat Vitamin A–beriket ris Photo credits: Golden Rice Humanitarian Board © 2007; Credit: ETH Zurich / Christof Sautter; Reprinted by permission from Macmillan Publishers, Ltd: Butelli, E., et al., Nature Biotechnology 26, 1301 - 1308 copyright (2008).

Planter gir oss mer enn mat er kilder til nye terapeutiske medisiner gir bedre fiber til papir eller tøy er kilder til biofornybare produkter gir fornybare energikilder Photo credit: tom donald

Planter produsere hundrevis av forbindelser som vi bruker som legemidler eller narkotika Selje (Salix) har bark som er en kilde for aspirin (acetylsalisylsyre) Revebjelle (Digitalis purpurea) er en kilde for digitalis (behandling for hjerte- og karproblems) Barlind (Taxus brevifolia) er en kilde for taxol (kreftbehandling) Kaffe (Coffea arabica) og te (Camellia sinensis) som kilder for koffein (stimulant)

Malaria dreper millioner av mennesker Citation: Hay SI, Guerra CA, Gething PW, Patil AP, Tatem AJ, et al. (2009) A world malaria map: Plasmodium falciparum endemicity in 2007. PLoS Med 6(3): e1000048. doi:10.1371/ journal.pmed.1000048 Regioner i verden med høyeste risiko for malaria. Hay, S.I., et al., (2009) PLoS Med 6(3): e1000048. doi:10.1371/ journal.pmed.1000048

Protozoen Plasmodium forårsaker malaria Plasmodium i en musecelle Image by Ute Frevert; false color by Margaret Shear. Frevert U, Engelmann S, Zougbédé S, Stange J, Ng B, et al. (2005) Intravital Observation of Plasmodium berghei Sporozoite Infection of the Liver. PLoS Biol 3(6): e192. Image by Ute Frevert; false color by Margaret Shear.

Plasmodium overføres til mennesker av infiserte mygg Photo credit: CDC

Cinchona-bark inneholder kinin, som dreper Plasmodium Plasmodia are developing resistances to quinine, so other sources of antimalerial compounds must be found (Cinchona calisaya Wedd., quinine) from Köhler's Medizinal-Pflanzen in naturgetreuen Abbildungen mit kurz erläuterndem Texte : Atlas zur Pharmacopoea germanica Franz Eugen Köhler Plate from "Quinologie", Paris, 1854, showing bark of Quinquina calisaya (www.cdc.gov/malaria) Men Plasmodium utvikler resistens til kinin, slik at andre kilder av anti-malarielle forbindelser må bli funnet. Image credits: Köhler; CDC

“Gin and Tonic?” Britiske soldater i tropiske regioner ble gitt Kinin piller for å forhindre malaria. Hvis du ville skjule den bitre smaken, ble Kinin blandet med søtt, karbonert vann ("tonic"), og ofte også med gin – opprinnelsen til "gin and tonic." (Crown copyright; Photograph courtesy of the Imperial War Museum, London - Q 32160)

Artemisia annua er en plante med nye antimalarielle aktiviteter Artemisinin Artemisia har blitt brukt i kinesisk urtemedisin i tusenvis av år. I 1972 ble virkestoffet artemisinin renset. Photo credit: www.anamed.net

Planteforskere utvikler høyere-produserende Artemisia Photo credit: www.york.ac.uk/org/cnap/artemisiaproject/

Planter kan lage sikre og rimelige spiselige vaksiner og antistoffer ELLER ?

Plantecellevegger gir viktige slitesterke materialer Treverk består hovedsakelig av plantecellevegger. Photo credit: tom donald

Cellevegger Primære plantecellevegger består hovedsakelig av karbohydrater og proteiner. Noen celler produserer en rigid sekundær vegg som inkorporerer lignin, en uløselig krysslinket sammensetning. Photo credit: www.wpclipart.com/plants; Zhong, R., et al., (2008) Plant Cell 20:2763-2782 .

Tre og fiber er overalt Klær laget av plantefiber (bomull, Lin) Plantefiber brukes for å lage papir, og før det, papyrus. Malerilerrett er laget av lin- eller hampfiber. Tre brukes til bygninger og møbler. Rembrandt van Rijn (1631)

Planter gir fiber til papir og stoff http://cottongenomics.biosci.utexas.edu http://www.cottonpromotion.org/features/bremen/ Bomull blir foredlet for økt motstand mot sykdommer og skadedyr og bedre fiberproduksjon. Photo credits: Chen Lab; IFPC

Genom-sekvensen til poppel, en kilde til fiber for papir, ble nylig fullført Denne informasjonen brukes til å forbedre effektiviteten i produksjonen av papir. Photo credit: ChmlTech.com

Planter kan erstatte petroleum for mange produkter og formål Dessverre, tar det millioner på millioner av år å konvertere død organisk materiale til petroleum... og vi begynner å gå tom for det. Petroleum er IKKE en fornybar ressurs NOTE – petroleum is mainly derived from plant products, not dinosaurs..... creativecartoons.org.

Planter kan erstatte petroleum for mange produkter og formål Petroleum er IKKE en fornybar ressurs Dessverre, tar det og millioner på millioner av år å konvertere døde organisk materiale til petroleum.... Og vi begynner å gå tom for det. Når jeg blir voksen ønsker jeg å være et fossilt brensel Please note – most oil reserves are derived from plants, not dinosaurs! creativecartoons.org.

Planter kan være en kilde til biodrivstoff Sukker, stivelse og cellulose kan fermenteres til ethanol Energi fra sollys http://genomicsgtl.energy.gov/biofuels/placemat.shtml Image source: Genome Management Information System, Oak Ridge National Laboratory

Planter kan være en kilde til biodiesel Biodiesel produsert fra raps, alger og soyabønner kan erstatte petroleumbasert diesel. Image sources: Tilo Hauke, University of Minnesota, Iowa State University Extension.

Avlinger for bioenergi bør ikke påvirke matproduksjon eller priser Miscanthus giganteus er en raskt voksende, flerårig avling for bioenergi som vokser på land uegnet for matproduksjon. Photo Illustration courtesy S. Long Lab, University of Illinois, 2006

Etanol isolert fra cellevegg cellulose er en viktig energikilde Cellevegger fra korn, stengler og andre rester av landbruks-produkter Etanol Image source: Genome Management Information System, Oak Ridge National Laboratory

Planter kan være kilder til biofornybare og biologisk nedbrytbare ressurser Energi fra sollys Produsere plast fra fornybar plantemateriale Photo Illustration courtesy S. Long Lab, University of Illinois, 2006

Planter kan være kilder til biofornybare og biologisk nedbrytbare ressurser Energi fra sollys http://i76.photobucket.com/albums/j14/biopact/biodegradable_bags.jpg Forskere undersøker kostnadsbesparende måter du kan konvertere planter til plastikk på. Forråtnelse Photo Illustration courtesy S. Long Lab, University of Illinois, 2006

Hvorfor studere planter? Studie av planter øker vår kunnskap om livet generelt og hjelper oss å videreutvikle dem for å holde oss mette, sunne, beskyttet, påkledd og lykkelige.

“Hvorfor studere planter?” “Why Study Plants?” Created by the American Society for Plant Biology and published in the series “Teaching Tools in Plant Biology” on the website of The Plant Cell (http://www.plantcell.org) “Hvorfor studere planter?” Translated by members of the Centre for Organelle Research at the University of Stavanger for the Scandinavian Society for Plant Science (SPPS) and Trine Hvoslef-Eide Norwegian University of Life Sciences— UMB Universitetet for miljø- og biovitenskap Many thanks to our translators: Camilla Hoel, Kristin Aaser Lunde, Øyvind Grødem, Cathrine Lillo and Jodi Maple Grødem