Pocket K nr 17: Genteknik och genetiskt modifierade grödor

Pocket K nr 17: Genteknik och genetiskt modifierade grödor

Under de senaste 50 åren har gentekniken utvecklats snabbt på grund av den ökade förståelsen för desoxyribonukleinsyra (DNA) som den kemiska dubbelspiralkod från vilken generna skapas. Termen genteknik används för att beskriva den process genom vilken en organisms arvsmassa kan ändras med hjälp av ”rekombinant DNA-teknik”. Detta innebär att laboratorieverktyg används för att infoga, ändra eller skära ut bitar av DNA som innehåller en eller flera gener av intresse.

Att utveckla växtsorter som uttrycker goda agronomiska egenskaper är det yttersta målet för växtförädlare. Med konventionell växtförädling finns det emellertid få eller inga garantier för att man får en viss genkombination från de miljontals korsningar som genereras. Oönskade gener kan överföras tillsammans med önskvärda gener, eller så kan en önskvärd gen vinnas, men en annan gå förlorad eftersom båda föräldrarnas gener blandas ihop och omfördelas mer eller mindre slumpmässigt i avkomman. Dessa problem begränsar de förbättringar som växtförädlare kan åstadkomma.

Däremot gör genteknik det möjligt att direkt överföra en eller ett fåtal gener av intresse mellan närbesläktade eller avlägset besläktade organismer för att uppnå den önskade agronomiska egenskapen (figur 1). Det är inte alla gentekniska metoder som innebär att man inför DNA från andra organismer. Växter kan också modifieras genom att ta bort eller stänga av sina egna särskilda gener.

Källa: Jordbruksbioteknik (mycket mer än bara genmodifierade grödor). http://www.isaaa.org/resources/publications/agricultural_biotechnology/download/.

Gener är DNA-molekyler som kodar för olika egenskaper eller kännetecken. En viss gensekvens är till exempel ansvarig för färgen på en blomma eller för en växts förmåga att bekämpa en sjukdom eller att trivas i extrema miljöer.

Naturens egen genetiska ingenjör

Den ”delning” av DNA mellan levande former är väl dokumenterad som ett naturfenomen. I tusentals år har gener flyttats från en organism till en annan. Agrobacterium tumefaciens, en jordbakterie som är känd som ”naturens egen genmanipulatör”, har till exempel den naturliga förmågan att genmanipulera växter. Den orsakar krongallgsjuka hos ett stort antal bredbladiga växter, t.ex. äpple, päron, persika, körsbär, mandel, hallon och rosor. Sjukdomen har fått sitt namn från de stora tumörliknande svullnader (gallor) som vanligtvis uppstår i plantans krona, strax ovanför marknivån. I grund och botten överför bakterien en del av sitt DNA till växten, och detta DNA integreras i växtens arvsmassa, vilket orsakar produktion av tumörer och tillhörande förändringar i växtens ämnesomsättning.

Användning av genteknik i växtodling

Tekniker för genteknik används endast när alla andra tekniker har uttömts, dvs.Det är mycket svårt att förbättra egenskapen med konventionella förädlingsmetoder och det kommer att ta mycket lång tid att införa och/eller förbättra egenskapen i grödan med konventionella förädlingsmetoder (se figur 2). Grödor som utvecklats genom genteknik kallas vanligen transgena grödor eller genetiskt modifierade grödor.

Den moderna växtförädlingen är en multidisciplinär och samordnad process där ett stort antal verktyg och delar av konventionella förädlingsmetoder, bioinformatik, molekylärgenetik, molekylärbiologi och genteknik används och integreras.

Utveckling av transgena grödor

Och även om det finns många olika och komplexa tekniker som är involverade i genteknik, är de grundläggande principerna ganska enkla. Det finns fem viktiga steg i utvecklingen av en genetiskt modifierad gröda. Men för varje steg är det mycket viktigt att känna till de biokemiska och fysiologiska verkningsmekanismerna, regleringen av genuttrycket och säkerheten för den gen och den genprodukt som ska användas. Redan innan en genetiskt modifierad gröda blir tillgänglig för kommersiellt bruk måste den genomgå rigorösa förfaranden för säkerhets- och riskbedömning.

Det första steget är utvinning av DNA från den organism som man vet har den egenskap som är av intresse. Det andra steget är genkloning, där den intressanta genen isoleras från hela det extraherade DNA:t, följt av massproduktion av den klonade genen i en värdcell. När den väl är klonad utformas och paketeras den intressanta genen så att den kan kontrolleras och uttryckas på rätt sätt när den väl är inne i värdväxten. Den modifierade genen kommer sedan att massproduceras i en värdcell för att göra tusentals kopior. När genpaketet är färdigt kan det sedan föras in i cellerna i den växt som ska modifieras genom en process som kallas transformation. De vanligaste metoderna för att föra in genpaketet i växtceller är biolistisk transformation (med hjälp av en genpistol) eller Agrobacterium-medierad transformation. När den införda genen är stabil, ärvs och uttrycks i efterföljande generationer anses växten vara transgen. Backcrossförädling är det sista steget i den gentekniska processen, där den transgena grödan korsas med en sort som har viktiga agronomiska egenskaper och väljs ut för att få högkvalitativa plantor som uttrycker den införda genen på önskat sätt.

Den tid som krävs för att utveckla en transgen växt beror på genen, grödsorten, tillgängliga resurser och myndighetsgodkännande. Det kan ta 6-15 år innan en ny transgen hybrid är klar för kommersiell lansering.

Kommersiellt tillgängliga grödor som förbättrats genom genteknik

Transgena grödor har planterats i olika länder i tjugo år, med början 1996. Cirka 191,7 miljoner hektar planterades 2018 med transgena grödor med högt marknadsvärde, t.ex. herbicidtoleranta sojabönor, majs, bomull och raps, insektsresistent majs, bomull, potatis och ris samt virusresistent squash och papaya. Med genteknik kan mer än en egenskap införlivas eller staplas i en växt. Transgena grödor med kombinerade egenskaper finns också tillgängliga i handeln. Dessa inkluderar herbicidtolerant och insektsresistent majs, soja och bomull.

Nya och framtida initiativ inom genteknik för grödor

Hittills har kommersiella genetiskt modifierade grödor gett fördelar inom växtodlingen, men det finns också ett antal produkter i pipeline som kommer att ge mer direkta bidrag till livsmedelskvalitet, miljöfördelar, läkemedelsproduktion och icke-livsmedelsgrödor. Exempel på dessa produkter är: biotekniskt ris med tredubbla egenskaper som ger bättre avkastning under abiotiska påfrestningar, biotekniskt kastanjeträd med motståndskraft mot kastanjebrist, biotekniskt motståndskraftig citrusfrukt, potatis som är berikad med betakaroten, bioförstärkt sorghum, banan som är motståndskraftig mot bakteriell (Xanthomonas) vissnesjuka, banan som är motståndskraftig mot Bunchytop-viruset, vete som är motståndskraftigt mot insekter, med flera.

• Agricultural Biotechnology in Europe. 2003. Framtida utveckling inom bioteknik för grödor. Issue Paper 6. http://cms.daegu.ac.kr/sgpark/life&chemistry/future.pdf.
• DANIDA. 2002. Bedömning av möjligheter och begränsningar för utveckling och användning av växtbioteknik i samband med växtförädling och växtproduktion i utvecklingsländerna. Utrikesministeriet, Danmark.
• Desmond, S. och T. Nicholl. 1994. En introduktion till genteknik. Cambridge University Press.
• Giddings, G., G. Allison, D. Brooks och A. Carter. 2000. Transgena växter som fabriker för biofarmaceutiska produkter. Nature Biotechnology 18: 1151-1155.
• Goto, F., R. Yoshihara, N. Shigemoto, S. Toki och F. Takaiwa. 1999. Järnberikning av risfrö med hjälp av ferritingenen från sojaböna. 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 och L. Herera-Estrella. 2000. Förbättrat fosforupptag i transgena tobaksplantor som överproducerar citrat. Nature Biotechnology 18: 450-453.
• Robinson, C. 2001. Genetisk modifieringsteknik och livsmedel: Konsumenternas hälsa och säkerhet. ILSI Europe Concise Monograph Series. http://www.ilsi.org/Europe/Publications/C2002Gen_Mod.pdf.
• University of Nebraska – Lincoln. 2015. Översikt över genteknik för grödor. http://passel.unl.edu/pages/informationmodule.php?
  idinformationmodule=957879329&topicorder=8&maxto=9.
• Ye, X., S. Al-Babili, A. Kloti, J. Zhang, P. Lucca och I. Potrykus. 2000. Engineering the Provitamin A (b-caroten) Biosynthetic Pathway into (Carotinoid-Free) Rice Endosperm. Science 287(5451): 303-305..

*uppdaterad mars 2020