Planter på vent i 196 minusgrader

Dypt inne i fjellet på Svalbard ligger mer enn 1,4 millioner frøprøver fra hele verden. Svalbard globale frøhvelv er blitt et internasjonalt symbol på arbeidet med å sikre genetisk mangfold for framtiden.

Men frø kan ikke løse alt. Mange av plantene vi dyrker, formeres vegetativt. Det betyr at selve planten, eller en genetisk identisk del av den, må tas vare på dersom man skal være sikker på å bevare de samme egenskapene. Her kommer kryopreservering inn.

Hos Sagaplant på Akkerhaugen arbeider produksjonstekniker Peter van der Ende med metoder som gjør det mulig å bevare plantemateriale ved ekstremt lave temperaturer. I kryotanken lagres ørsmå vekstpunkter i flytende nitrogen ved omkring minus 196 grader.

Der kan materialet i prinsippet ligge svært lenge. Det er en slags biologisk sikkerhetskopi. Forskjellen fra frøhvelvet er at sikkerhetskopien ikke består av frø. Den kan være en nesten usynlig bit av en plante.

Egenskaper vi kan få bruk for senere

Hvorfor er det viktig å ta vare på gamle sorter og annet genetisk materiale som kanskje knapt brukes i kommersiell produksjon i dag? Svaret ligger delvis i at vi ikke vet hvilke egenskaper vi kommer til å trenge i framtiden.

En sort kan ha egenskaper som gjør den motstandsdyktig mot en bestemt sykdom, mer tolerant overfor kulde eller tørke eller spesielt godt tilpasset bestemte dyrkingsforhold. Egenskapene kan være lite interessante i dagens produksjon, men få en helt annen verdi dersom klimaet endrer seg eller nye plantesykdommer og skadedyr etablerer seg.

Når genetisk materiale først er borte, kan det ikke uten videre skapes på nytt. Derfor handler bevaring av plantesorter ikke først og fremst om nostalgi. Det handler om å beholde genetiske muligheter.

Plantemateriale som tas vare på i dag, kan inneholde egenskaper framtidens planteforedlere trenger om 20, 50 eller kanskje 100 år.

Frøhvelvet løser ikke alt

Svalbard globale frøhvelv ble åpnet i 2008 og er verdens største sikkerhetslager for frø. Anlegget er etablert og fullfinansiert av den norske staten og fungerer som et sikkerhetslager for frøsamlinger som genbanker har andre steder i verden.

Prinsippet er enkelt å forstå. Genbankene sender sikkerhetskopier av frøsamlingene sine til Svalbard. Dersom materiale skulle gå tapt i den opprinnelige genbanken, finnes det en reserve.

For planter som egner seg for lagring som frø, er dette en svært effektiv løsning. Men frøhvelvet kan ikke alene sikre hele mangfoldet av kulturplanter. For en rekke planter er det nødvendig å bevare levende plantemateriale. Mange sorter formeres vegetativt nettopp fordi avkom fra frø ikke blir genetisk identisk med planten man ønsker å bevare.

Et eplefrø er et enkelt eksempel. Planter man et frø fra et bestemt eple, får man ikke et nytt tre som er genetisk identisk med treet eplet kom fra. Skal sorten bevares med de samme genetiske egenskapene, må den formeres vegetativt. Det samme grunnprinsippet gjelder for en rekke kulturplanter. Dermed trengs andre sikkerhetssystemer ved siden av frøbankene. Kryopreservering er ett av dem.

Den mindre kjente sikkerhetskopien

Kontrasten til frøhvelvet er slående. Svalbard globale frøhvelv har fått enorm internasjonal oppmerksomhet. Den karakteristiske inngangen i fjellsiden er blitt et globalt ikon, og den norske staten har tatt et langsiktig økonomisk ansvar for anlegget.
Kryopreservering av vegetativt formerte planter har fått langt mindre oppmerksomhet utenfor fagmiljøene.

Likevel er prinsippet i stor grad det samme. Man forsøker å sikre genetiske ressurser mot en framtid man ikke kjenner. Forskjellen ligger først og fremst i hva som skal bevares. Frø fra arter som egner seg for slik lagring, kan tørkes og oppbevares ved lav temperatur. Levende plantevev stiller helt andre krav.
For planter og sorter som ikke kan sikres tilfredsstillende gjennom frø, kan derfor kryopreservering være avgjørende.

En bitte liten del er nok

I kryotanken hos Sagaplant er det ikke hele planter som står på vent. Her lagres svært små vekstpunkter, såkalte meristemer. Meristemet består av plantevev med celler som kan dele seg og danne nytt vev. Det spesielle er at et svært lite stykke slikt vev kan inneholde det som trengs for å regenerere en ny plante. Dermed kan en nesten mikroskopisk plantedel representere en hel sort. 

Men man kan ikke bare klippe av et vekstpunkt og slippe det ned i flytende nitrogen. En plante består i stor grad av vann, og vann er en utfordring når levende vev skal fryses.

Is kan ødelegge cellene

Når vann fryser, kan det dannes iskrystaller. Inne i levende plantevev kan disse skade cellemembraner og andre strukturer. Hvis det skjer, hjelper det lite at materialet etterpå oppbevares ved minus 196 grader. Det må fortsatt være i stand til å utvikle seg til en ny plante når det tas ut igjen.

Derfor må meristemene gjennom flere behandlingstrinn før de kan kryolagres. Målet er å gjøre vevet i stand til å tåle den ekstreme nedkjølingen uten at skadelige iskrystaller ødelegger cellene.

Når behandlingen er gjennomført, kan materialet plasseres i kryotanken. Ved omkring minus 196 grader er temperaturen så lav at den biologiske aktiviteten praktisk talt stanser. Plantevevet vokser ikke. De biologiske prosessene er i praksis satt på vent.

Først ved opptining kommer svaret

Å få materialet ned i flytende nitrogen er likevel ikke beviset på at metoden har lykkes. Den virkelige prøven kommer når det skal tas opp igjen.

– Det viktige er jo at vi skal kunne få en plante tilbake igjen, understreker van der Ende.

Etter lagringen må vekstpunktet overleve opptiningen. Deretter må cellene begynne å dele seg igjen, og materialet må kunne utvikles videre til en normal og levedyktig plante. Derfor må metodene testes. Det holder ikke at noe kan fryses ned. Sagaplant må også vite at det kan gi opphav til levende planter igjen.

Det gjør kryopreservering til et presisjonsarbeid. Ulike plantearter og sorter kan reagere forskjellig, og en metode som fungerer godt på én plante, trenger ikke nødvendigvis å fungere like godt på en annen.

Naturens egen vinterstrategi

Hos Sagaplant arbeides det også med en annen måte å fryse ned plantemateriale på. Her utnyttes noe plantene allerede er tilpasset til: å overleve vinteren. Når temperaturen synker og dagene blir kortere, går knoppene på mange vedaktige planter inn i vinterhvile. Samtidig skjer det fysiologiske endringer som gjør dem langt bedre rustet til å tåle lave temperaturer.

Denne egenskapen kan utnyttes når genetisk materiale skal sikres. Kvister med hvilende knopper tas fra plantene på riktig tidspunkt. Deretter brukes et klimaskap til å senke temperaturen kontrollert og gradvis.

– Vi må ha kontroll på hele prosessen. Materialet skal være i riktig fysiologisk tilstand, og nedkjølingen må foregå på riktig måte, forklarer van der Ende.

Det er viktig å skille denne metoden fra lagringen av meristemer i kryotanken. Kvister med hvilende knopper som kjøles ned i klimaskapet, er én metode. De preparerte meristemene som oppbevares i Sagaplants kryotank med flytende nitrogen, er en annen. De er altså ikke to trinn i den samme prosessen.

Levende samlinger er sårbare

Alternativet til langtidslagring er ofte at plantene må holdes levende. Det kan gjøres ute i felt, i veksthus eller gjennom vevskultur. Slike samlinger er viktige, blant annet fordi plantene er tilgjengelige for bruk og vurdering.

Men de har også en svakhet. Levende planter må passes. År etter år. De kan rammes av sykdommer og skadedyr. Ekstremvær kan ødelegge planter ute. Tekniske feil kan ramme materiale som oppbevares under kontrollerte forhold. Og hver gang plantemateriale må formeres og flyttes videre, er man avhengig av at rutinene fungerer.

En sikkerhetskopi reduserer risikoen. Det er samme tankegang som ligger bak frøhvelvet på Svalbard.

To lagre med samme idé

Forskjellen mellom frøhvelvet og kryotanken kan derfor være mindre enn den først virker. På Svalbard oppbevares frøene i fjellet ved minus 18 grader. Hos Sagaplant ligger meristemene i flytende nitrogen ved omkring minus 196. Teknologien er forskjellig. Plantematerialet er forskjellig. Men hensikten har mye til felles: å sørge for at genetiske ressurser ikke forsvinner for alltid dersom noe går galt med samlingene som brukes og vedlikeholdes i dag.

Frøhvelvet har vist hvor lett det er å formidle betydningen av en slik sikkerhetskopi. Ideen om et hvelv i Arktis som beskytter genetiske ressurser av betydning for framtidens matproduksjon, har fanget oppmerksomheten langt utenfor landbruket.

Kryolagringen mangler kanskje den samme dramatiske innpakningen. En tank med flytende nitrogen på Akkerhaugen konkurrerer dårlig med et hvelv mer enn hundre meter inne i et fjell på Svalbard. Men for planter og sorter som ikke lar seg sikre gjennom frø, kan innholdet være uerstattelig.

Lagrer noe vi ennå ikke vet verdien av

Det er kanskje også dette som gjør genbankarbeid vanskelig å verdsette. Man vet ikke nødvendigvis hva man får bruk for.

Moderne planteforedling har gitt sorter med høy avling, god kvalitet og egenskaper tilpasset dagens produksjon. Men eldre sorter og annet genetisk materiale kan inneholde egenskaper som ikke har vært prioritert.

Så endrer verden seg.

Et nytt skadegjørende insekt kan komme til Norge. En plantesykdom kan bli vanskeligere å kontrollere. Vekstsesongen kan endre seg. Kravene til plantevernmidler kan bli strengere. Framtidens sorter kan måtte klare seg med mindre vann, mindre gjødsel eller under helt andre temperaturforhold.

Da kan en egenskap som i dag virker uinteressant, plutselig bli verdifull. Men bare dersom planten som hadde egenskapen fortsatt finnes. Det er derfor plantemateriale fryses ned. Ikke fordi noen vet nøyaktig hva det skal brukes til, men fordi alternativet kan være å oppdage for sent at noe viktig er gått tapt.

I kryotanken hos Sagaplant ligger små vekstpunkter ved minus 196 grader. De vokser ikke. De utvikler seg ikke. De biologiske prosessene er satt på vent.
Kanskje blir noen av dem aldri tatt fram igjen.

Men dersom en sort eller en bestemt genetisk egenskap en dag blir viktig, er hele poenget at den fortsatt skal være der.