Egy vagy csak néhány gén közvetlen átvitelét teszi lehetővé, Agricultural Biotechnology (A Lot More than Just GM Crops). http://www.isaaa.org/resources/publications/agricultural_biotechnology/download/.
A gének olyan DNS-molekulák, amelyek különböző tulajdonságokat vagy jellemzőket kódolnak. Például egy adott génszekvencia felelős egy virág színéért, vagy azért, hogy a növény képes-e leküzdeni egy betegséget, vagy hogy szélsőséges környezetben is képes-e boldogulni.
A természet saját génmérnöke
A DNS “megosztása” az élőlények között jól dokumentált természetes jelenség. A gének évezredek óta vándorolnak egyik élőlényből a másikba. Például az Agrobacterium tumefaciens, egy talajbaktérium, amelyet “a természet saját génmérnökeként” ismerünk, természetes módon képes a növények genetikai módosítására. Ez okozza a koronagallusz betegséget a széles levelű növények széles skáláján, például az almában, a körtében, az őszibarackban, a cseresznyében, a mandulában, a málnában és a rózsában. A betegség a nevét a nagy, daganatszerű duzzanatokról (gócok) kapta, amelyek jellemzően a növény koronáján, közvetlenül a talajszint felett jelennek meg. Alapvetően a baktérium a DNS-ének egy részét átviszi a növénybe, és ez a DNS beépül a növény genomjába, ami a tumorok kialakulását és a növényi anyagcsere kapcsolódó változásait okozza.
A géntechnológia alkalmazása a növénytermesztésben
A géntechnológiai technikákat csak akkor alkalmazzák, ha már minden más technika kimerült, ill.azaz amikor a bevezetendő tulajdonság nincs jelen a növény csíraplazmájában; a tulajdonságot nagyon nehéz hagyományos nemesítési módszerekkel javítani; és amikor nagyon hosszú időbe telik az ilyen tulajdonság hagyományos nemesítési módszerekkel történő bevezetése és/vagy javítása a növényben (lásd a 2. ábrát). A géntechnológiával kifejlesztett növényeket általában transzgenikus vagy genetikailag módosított (GM) növényeknek nevezik.
A modern növénynemesítés egy multidiszciplináris és összehangolt folyamat, amelyben a hagyományos nemesítési technikák, a bioinformatika, a molekuláris genetika, a molekuláris biológia és a géntechnológia számos eszközét és elemét használják fel és integrálják.
2. ábra: Modern növénynemesítés
Fource: DANIDA, 2002.
A transzgenikus növények fejlesztése
Bár a géntechnológia sokféle és összetett technikát alkalmaz, alapelvei meglehetősen egyszerűek. Egy géntechnológiával módosított növény kifejlesztésének öt fő lépése van. Minden lépéshez azonban nagyon fontos ismerni a biokémiai és élettani hatásmechanizmusokat, a génexpresszió szabályozását, valamint a felhasználandó gén és géntermék biztonságosságát. Még mielőtt egy géntechnológiával módosított növény kereskedelmi forgalomba kerülne, szigorú biztonsági és kockázatértékelési eljárásokon kell átesnie.
Az első lépés a DNS kivonása abból a szervezetből, amelyről ismert, hogy rendelkezik a kívánt tulajdonsággal. A második lépés a génklónozás, amely a teljes kivont DNS-ből izolálja a kívánt gént, majd ezt követi a klónozott gén tömeges előállítása egy gazdasejtben. A klónozás után az érdeklődésre számot tartó gént úgy tervezik és csomagolják, hogy a gazdanövényen belül ellenőrizhető és megfelelően kifejezhető legyen. A módosított gént ezután tömegesen gyártják egy gazdasejtben, hogy több ezer példányt készítsenek belőle. Amikor a géncsomag elkészül, a transzformációnak nevezett folyamat révén be lehet juttatni a módosított növény sejtjeibe. A géncsomag növényi sejtekbe történő bejuttatásának leggyakoribb módszerei közé tartozik a biofizikai transzformáció (génpisztoly használatával) vagy az Agrobaktérium-mediált transzformáció. Ha a beillesztett gén stabil, öröklődik és kifejeződik a következő generációkban, akkor a növényt transzgenikusnak tekintik. A visszakeresztezés a géntechnológiai folyamat utolsó lépése, amikor a transzgénikus növényt olyan fajtával keresztezik, amely fontos agronómiai tulajdonságokkal rendelkezik, és szelektálják, hogy jó minőségű, a beillesztett gént a kívánt módon kifejező növényeket kapjanak.
A transzgénikus növény kifejlesztésének időtartama a géntől, a növényfajtól, a rendelkezésre álló erőforrásoktól és a hatósági jóváhagyástól függ. Egy új transzgenikus hibrid kereskedelmi forgalomba hozatalára 6-15 év is eltelhet.
Kereskedelmi forgalomban kapható, géntechnológiával javított növények
A transzgenikus növényeket 1996-tól kezdődően húsz éve ültetik különböző országokban. 2018-ban mintegy 191,7 millió hektáron ültettek nagy piaci értékű transzgenikus növényeket, például gyomirtószer-toleráns szóját, kukoricát, gyapotot és repcét; rovarrezisztens kukoricát, gyapotot, burgonyát és rizst; valamint vírusrezisztens tököt és papayát. A géntechnológiával egynél több tulajdonságot lehet beépíteni vagy egymásra építeni egy növénybe. A kombinált tulajdonságokkal rendelkező transzgénikus növények a kereskedelemben is kaphatók. Ezek közé tartozik a gyomirtószer-tűrő és rovarrezisztens kukorica, szója és gyapot.
Új és jövőbeli kezdeményezések a növényi géntechnológia területén
A mai napig a kereskedelmi forgalomban kapható géntechnológiával módosított növények előnyöket hoztak a növénytermesztésben, de számos olyan termék is készülőben van, amelyek közvetlenebbül hozzájárulnak az élelmiszer-minőséghez, a környezeti előnyökhöz, a gyógyszergyártáshoz és a nem élelmiszernövényekhez. Ilyen termékek például a következők: triple stack trait biotechnológiai rizs, amely jobb terméshozamot biztosít az abiotikus stresszhatások közepette, biotechnológiai gesztenyefa, amely ellenáll a gesztenyebetegségnek, biotechnológiai citrus zöldítésnek ellenálló citrusfélék, béta-karotinnal dúsított burgonya, biofortified cirok, baktérium (Xanthomonas) hervadásnak ellenálló banán, Bunchytop vírusnak ellenálló banán, rovaroknak ellenálló búza, többek között.
- A mezőgazdasági biotechnológia Európában. 2003. A növényi biotechnológia jövőbeli fejleményei. Issue Paper 6. http://cms.daegu.ac.kr/sgpark/life&chemistry/future.pdf.
- DANIDA. 2002. A növényi biotechnológia fejlesztési és felhasználási lehetőségeinek és korlátainak felmérése a fejlődő országok növénynemesítésével és növénytermesztésével kapcsolatban. Külügyminisztérium, Dánia.
- Desmond, S. és T. Nicholl. 1994. Bevezetés a géntechnológiába. Cambridge University Press.
- Giddings, G., G. Allison, D. Brooks és A. Carter. 2000. Transzgenikus növények, mint a biofarmakonok gyárai. Nature Biotechnology 18: 1151-1155.
- Goto, F., R. Yoshihara, N. Shigemoto, S. Toki, and F. Takaiwa. 1999. A rizsmag vasdúsítása a szójabab ferritin génjével. Nature Biotechnology 17: 282-286.
- ISAAA. 2018. A forgalmazott biotechnológiai/GM növények globális helyzete: 2018. ISAAA Brief No. 54. ISAAA: Ithaca, NY.
- Lopez-Bucio, J., O. M. de la Vega, A. Guevara-Garcia és L. Herera-Estrella. 2000. Fokozott foszforfelvétel a citrátot túltermelő transzgenikus dohánynövényekben. Nature Biotechnology 18: 450-453.
- Robinson, C. 2001. Genetikai módosítási technológia és élelmiszer: Consumer Health and Safety (Fogyasztói egészség és biztonság). ILSI Europe Concise Monograph Series. http://www.ilsi.org/Europe/Publications/C2002Gen_Mod.pdf.
- University of Nebraska – Lincoln. 2015. A növénytermesztés géntechnológiájának áttekintése. http://passel.unl.edu/pages/informationmodule.php?
idinformationmodule=957879329&topicorder=8&maxto=9.
- Ye, X., S. Al-Babili, A. Kloti, J. Zhang, P. Lucca és I. Potrykus. 2000. Az A-provitamin (b-karotin) bioszintézis útvonalának (karotinoid-mentes) rizs endospermiumba való beépítése. Science 287(5451): 303-305..
*Frissítve 2020. március
