Lomme K nr. 17: Genteknologi og genmodificerede afgrøder

Lomme K nr. 17: Genteknologi og genmodificerede afgrøder

I løbet af de sidste 50 år har området genteknologi udviklet sig hurtigt som følge af den større forståelse af desoxyribonukleinsyre (DNA) som den kemiske dobbeltspiralkode, som generne er lavet af. Udtrykket genteknologi bruges til at beskrive den proces, hvorved en organismes genetiske sammensætning kan ændres ved hjælp af “rekombinant DNA-teknologi”. Dette indebærer anvendelse af laboratorieværktøjer til at indsætte, ændre eller skære stykker DNA ud, der indeholder et eller flere gener af interesse.

Det er planteforædlernes ultimative mål at udvikle plantesorter, der udtrykker gode agronomiske egenskaber. Med konventionel planteforædling er der imidlertid kun en lille eller ingen garanti for at opnå en bestemt genkombination blandt de millioner af krydsninger, der genereres. Uønskede gener kan blive overført sammen med ønskelige gener, eller mens et ønskeligt gen opnås, går et andet tabt, fordi generne fra begge forældre blandes sammen og genfordeles mere eller mindre tilfældigt i afkommet. Disse problemer begrænser de forbedringer, som planteforædlere kan opnå.

Genteknologi giver derimod mulighed for direkte overførsel af et eller få gener af interesse mellem enten nært eller fjernt beslægtede organismer for at opnå den ønskede agronomiske egenskab (figur 1). Ikke alle genteknologiske teknikker indebærer indsættelse af DNA fra andre organismer. Planter kan også modificeres ved at fjerne eller slukke for deres egne særlige gener.

Kilde: Landbrugsbioteknologi (meget mere end blot genmodificerede afgrøder). http://www.isaaa.org/resources/publications/agricultural_biotechnology/download/.

Gener er molekyler af DNA, der koder for bestemte egenskaber eller karakteristika. En bestemt gensekvens er f.eks. ansvarlig for en blomsts farve eller en plantes evne til at bekæmpe en sygdom eller trives i ekstreme omgivelser.

Naturens egen gensplejsning

Den “deling” af DNA mellem levende former er veldokumenteret som et naturligt fænomen. I tusindvis af år har gener flyttet sig fra den ene organisme til den anden. F.eks. har Agrobacterium tumefaciens, en jordbakterie, der er kendt som “naturens egen gensplejser”, den naturlige evne til at lave genetisk manipulation af planter. Den forårsager krongallesygdomme hos en lang række bredbladede planter som f.eks. æbler, pærer, ferskner, kirsebær, mandler, hindbær og roser. Sygdommen har fået sit navn efter de store svulstelignende hævelser (galde), der typisk opstår i plantens krone, lige over jordoverfladen. Grundlæggende overfører bakterien en del af sit DNA til planten, og dette DNA integreres i plantens genom, hvilket forårsager produktion af tumorer og tilhørende ændringer i plantens stofskifte.

Anvendelse af genteknologi i planteproduktion

Genteknologiske teknikker anvendes kun, når alle andre teknikker er udtømt, dvs.Dvs. når den egenskab, der skal indføres, ikke findes i afgrødens kimplasma, når egenskaben er meget vanskelig at forbedre med konventionelle avlsmetoder, og når det vil tage meget lang tid at indføre og/eller forbedre en sådan egenskab i afgrøden med konventionelle avlsmetoder (se figur 2). Afgrøder, der er udviklet ved hjælp af genteknologi, er almindeligvis kendt som transgene afgrøder eller genetisk modificerede (GM) afgrøder.

Moderne planteforædling er en tværfaglig og koordineret proces, hvor en lang række værktøjer og elementer fra konventionelle forædlingsteknikker, bioinformatik, molekylær genetik, molekylærbiologi og genteknologi udnyttes og integreres.

Udvikling af transgene afgrøder

Og selv om der er mange forskellige og komplekse teknikker involveret i genteknologi, er de grundlæggende principper rimelig enkle. Der er fem hovedtrin i udviklingen af en genetisk modificeret afgrøde. Men for hvert trin er det meget vigtigt at kende de biokemiske og fysiologiske virkningsmekanismer, reguleringen af genekspressionen og sikkerheden ved det gen og det genprodukt, der skal udnyttes. Selv før en genetisk manipuleret afgrøde gøres tilgængelig til kommerciel brug, skal den gennemgå strenge sikkerheds- og risikovurderingsprocedurer.

Det første trin er udvinding af DNA fra den organisme, som vides at have den pågældende egenskab. Det andet trin er genkloning, som vil isolere det pågældende gen fra hele det ekstraherede DNA, efterfulgt af masseproduktion af det klonede gen i en værtscelle. Når det pågældende gen er klonet, konstrueres og pakkes det således, at det kan kontrolleres og udtrykkes korrekt, når det er i værtsplanten. Det modificerede gen vil derefter blive masseproduceret i en værtscelle med henblik på at fremstille tusindvis af kopier. Når genpakken er klar, kan den så indføres i cellerne i den plante, der skal modificeres, gennem en proces, der kaldes transformation. De mest almindelige metoder, der anvendes til at indføre genpakken i planteceller, omfatter biolistisk transformation (ved hjælp af en genpistol) eller Agrobacterium-medieret transformation. Når det indsatte gen er stabilt, nedarves og kommer til udtryk i efterfølgende generationer, betragtes planten som transgen. Backcross-forædling er det sidste trin i den genteknologiske proces, hvor den transgene afgrøde krydses med en sort, der har vigtige agronomiske egenskaber, og udvælges med henblik på at opnå planter af høj kvalitet, der udtrykker det indsatte gen på den ønskede måde.

Den tid, der går med at udvikle transgene planter, afhænger af genet, afgrødearten, de tilgængelige ressourcer og den lovgivningsmæssige godkendelse. Det kan tage 6-15 år, før en ny transgene hybrid er klar til kommerciel udsætning.

Commercielt tilgængelige afgrøder, der er forbedret ved hjælp af genteknologi

Transgene afgrøder er blevet plantet i forskellige lande i tyve år, begyndende fra 1996. I 2018 blev der plantet ca. 191,7 mio. hektar med transgene afgrøder med høj markedsværdi, f.eks. herbicidtolerante sojabønner, majs, bomuld og raps; insektresistent majs, bomuld, kartofler og ris; og virusresistent squash og papaya. Med genteknologi kan mere end én egenskab inkorporeres eller stables i en plante. Transgene afgrøder med kombinerede egenskaber er også tilgængelige i handelen. Disse omfatter herbicid-tolerant og insektresistent majs, sojabønner og bomuld.

Nye og fremtidige initiativer inden for genteknologi til afgrøder

Der er indtil nu kommercielle GM-afgrøder, som har givet fordele i afgrødeproduktionen, men der er også en række produkter i støbeskeen, som vil yde et mere direkte bidrag til fødevarekvalitet, miljøfordele, lægemiddelproduktion og nonfoodafgrøder. Som eksempler på disse produkter kan nævnes: bioteknologisk ris med tredobbelt egenskab (triple stack trait) med bedre udbytte under abiotisk stress, bioteknologisk kastanjetræ med modstandsdygtighed over for kastanjepest, bioteknologisk resistent citrusfrugt, kartoffel beriget med betacaroten, biofortificeret sorghum, bakterie (Xanthomonas) visne banan, Bunchytop virusresistent banan, insektresistent hvede m.m..

• Agricultural Biotechnology in Europe. 2003. Fremtidige udviklinger inden for afgrødebioteknologi. Issue Paper 6. http://cms.daegu.ac.kr/sgpark/life&chemistry/future.pdf.
• DANIDA. 2002. Vurdering af potentialer og begrænsninger for udvikling og anvendelse af plantebioteknologi i forbindelse med planteforædling og planteproduktion i udviklingslandene. Udenrigsministeriet, Danmark.
• Desmond, S. og T. Nicholl. 1994. En introduktion til genteknologi. Cambridge University Press.
• Giddings, G., G. Allison, D. Brooks, og A. Carter. 2000. Transgene planter som fabrikker for biofarmaceutiske produkter. Nature Biotechnology 18: 1151-1155.
• Goto, F., R. Yoshihara, N. Shigemoto, S. Toki, og F. Takaiwa. 1999. Jernberigelse af risfrø ved hjælp af ferritin-genet fra sojabønner. Nature Biotechnology 17: 282-286.
• ISAAA. 2018. Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2018. ISAAA Brief No. 54. ISAAA: Ithaca, NY.
• Lopez-Bucio, J., O. M. de la Vega, A. Guevara-Garcia, og L. Herera-Estrella. 2000. Forbedret fosforoptagelse i transgene tobaksplanter, der overproducerer citrat. Nature Biotechnology 18: 450-453.
• Robinson, C. 2001. Genetisk modificeringsteknologi og fødevarer: Forbrugernes sundhed og sikkerhed. ILSI Europe Concise Monograph Series. http://www.ilsi.org/Europe/Publications/C2002Gen_Mod.pdf.
• University of Nebraska – Lincoln. 2015. Oversigt over gensplejsning af afgrøder. http://passel.unl.edu/pages/informationmodule.php?
  idinformationmodule=957879329&topicorder=8&maxto=9.
• Ye, X., S. Al-Babili, A. Kloti, J. Zhang, P. Lucca, og I. Potrykus. 2000. Engineering the Provitamin A (b-caroten) Biosynthetic Pathway into (Carotinoid-Free) Rice Endosperm (Carotinoid-Free) Rice Endosperm. Science 287(5451): 303-305..

*opdateret marts 2020