Hírlevél: 2017 Január - Február

A növénynemesítés jövője

Hírek, 2017-03-24 14:57:49

2016. szeptember 9.

Az ember több mint százezer évvel ezelőtt kezdte háziasítani a vadon élő növényeket. Ennyi ideje nemesítjük haszonnövényeinket azért, hogy ellenállóbbá tegyük őket és növeljük a terméshozamukat. Az új módszerek ma már lehetővé teszik az öröklési anyag pontos módosítását, ami olyan kérdéseket vet fel, amelyeket társadalmi szinten, közösen meg kell vitatnunk, és amelyekre választ kell találnunk.

Image Text

Rozs (Fénykép: Pixabay)

Zürich kantonban az idén rossz volt a búzatermés – az aratási veszteség 20 és 40 százalék között volt [1]. Ezt a májusi és júniusi esős időszak okozta, amely kedvezett a gombák szaporodásának. Mivel a vegyszeres növényvédelem csak korlátozottan alkalmazható, valószínű, hogy Svájcnak idén több búzát kell vásárolnia más országoktól, mint a korábbi években, ha ki akarja elégíteni szükségleteit.

Ez a példa kicsiben jól illusztrálja azokat a kihívásokat, amelyekkel a világ mezőgazdaságának szembe kell néznie, úgymint: népességnövekedés, növekvő élelmiszerigény, korlátozott megművelhető terület és éghajlatváltozás. A világszerte felhasznált élelmiszer- és takarmánymennyiségnek kb. 90 százalékát mindössze tíz haszonnövény teszi ki, ezek között a rizs, a búza és a kukorica a legfontosabbak. Ha haszonnövényeinket váratlan kártevők támadnák meg, vagy szárazság sújtaná, ez éhínséget okozhatna.

Igény ellenállóbb fajtákra

A globális élelmiszerellátás jövőbeli biztosításához olyan növényfajtákra van szükség, amelyeknek még a változó éghajlati viszonyok között is magas a terméshozama, és amelyek termesztéséhez kevesebb rovar- és féregirtószerre van szükség. A vegyszeres növényvédelem mellett fontos lehetőség a növények kártevőkkel és betegségekkel szembeni ellenállóképességének fokozása. A növénynemesítők olyan védekező és ellenálló mechanizmusok széles skáláját alkalmazzák, amelyek a káros organizmusokkal való több millió éves együttélés során fejlődtek ki a növényekben. Az ellenállóképesség fokozása elérhető hagyományos, fenotípusos illetve genom-alapú szelekcióval, vagy pedig génsebészeti módszerekkel. A növényi tulajdonságok nemesítéssel történő javításának a létező fajtákban rendelkezésre álló génállomány szab határt.

Célzott genommódosítások növényekben

Az utóbbi években a tudósok olyan molekuláris biológiai módszereket fejlesztettek ki, amelyekkel a magasabb rendű élőlények genomja célzottan módosítható (genome editing, génszerkesztés). [2] Röviden, ez két molekula együttműködésével valósítható meg, amelyek a következők: egy felismerő modul, amely pontosan megtalálja a célszekvenciát a genomban, valamint egy enzim, amely a célhelyen felvágja a DNS-t. A célszekvenciák ezután a sejt saját DNS-javító mechanizmusai segítségével módosíthatók, kicserélhetők vagy eltávolíthatók. Az alkalmazások köre egyes sejtektől teljes élőlényekig, az alapkutatástól az emberi és állati génterápiáig és a növénynemesítésig terjed. Az utóbbi területen a kutatók hatékonyabban képesek új tulajdonságokkal felruházni a haszonnövényeket úgy, hogy nagy pontossággal létrehozzák a kívánt mutációkat. A kutatás számára különösen érdekes egyes konkrét gének teljes és megbízható inaktiválásának lehetősége, például funkciójuk meghatározása céljából.

A módszernek egy bizonyos génre korlátozott specifitását, azaz a felismerő modul precizitását egy olyan molekula adja, amelyet bejuttatnak a sejtbe, és amely pontosan felismeri a célszekvenciát. A módszer fejlesztésének korai szakaszában erre a célra cinkujj- vagy TALEN-fehérjéket használtak, amelyekben a felismerő kód a kívánt DNS célszekvenciához igazítható. Ma azonban a furcsa nevű CRISPR/Cas módszer látszik a legígéretesebbnek. Ez a könnyen alkalmazható módszer az ellenállóképesség fokozására, ezáltal a növények terméshozamának növelésre is alkalmas.

A bakteriális védekező mechanizmusoktól a növénynemesítésben alkalmazható eszközig

A CRISPR/Cas módszer egy speciális szerkezetű RNS-molekula és egy enzim együttesét használja a genom egy specifikus pontjának felismerésére és felvágására. A kívánt mutáció kialakítása a célhely ezt követő celluláris „javításának” során történik. A CRISPR/Cas a baktériumok természetes védekező mechanizmusa a behatoló idegen DNS-ek (vírusok) ellen, de minden más élőlényben is alkalmazható. A megfelelő célszekvenciák kiválasztásához különféle számítógépes programok és genetikai adatbázisok állnak rendelkezésre; ezek segítségével elkerülhetők a más génlókuszokra gyakorolt nemkívánatos hatások, vagy megfelelő szekvenciák találhatók több különböző gén egyidejű módosításához. A ma használatos módszerekkel az egyéb DNS-szekvenciákban létrehozott, nem kívánt mutációk száma nullára csökkenthető.

A növények ellenállóképességének fokozása

Image Text

Búzaföld (Photo: Pixabay)

Ez a fajta célzott génmutáció (mutagenezis) növények esetében még csak az alkalmazás-orientált módszer optimalizálásának kezdeténél tart. Ennek ellenére 2013 óta egy sor olyan új tulajdonságot sikerült bevinni haszonnövényekbe (búzába, kölesbe, kukoricába, rizsbe, paradicsomba) génszerkesztés útján, amelyek bevitele hagyományos nemesítési módszerekkel rendkívül nehéz és időigényes lett volna. [3] A haszonnövények genomjával való munka különösen nehéz, mivel sok közöttük a poliploid, ami azt jelenti, hogy a sejtek a genomot kettőnél több kópiában tartalmazzák – a búza, amely három vad fajta hibridje, a genom hat kópiáját tartalmazza.

Az emberhez és az állatokhoz hasonlóan a növények is rendelkeznek egy bizonyos fajta immunrendszerrel, amely a kórokozók, például a gombák, a vírusok és a baktériumok elleni védekezést szolgálja, és amelyben általában specifikus növényi fehérjék ismerik fel a kórokozót és váltják ki a védekező reakciót. Azonban a kórokozók is felhasználják a gazdanövény fehérjéit arra, hogy hatékonyabban tudjanak fertőzni. Ezért a növény ellenállóképessége vagy az aktív védelem erősítésével, vagy pedig a kórokozó által felhasznált gének eltávolításával növelhető. Az utóbbi a megfelelő gének célzott pontmutációja útján valósítható meg CRISPR/Cas módszerrel; például a búza lisztharmat-fertőzése megelőzhető az MLO gén mind a hat kópiájának egyidejű kikapcsolásával. Az MLO gén a növény immunválaszának gyengítése révén segíti elő a gabonafélék lisztharmat-fertőzését (Blumeria graminis f. sp. Tritici). [4]

Nyitott kérdések

A CRISPR/Cas rendszernek az a különleges tulajdonsága, hogy a genomban létrehozott módosítások nem különböznek azoktól a természetben előforduló, növényi vagy állati mutációktól, amelyeket környezeti hatások, így a természetes radioaktív sugárzás, a reaktív anyagcseretermékek vagy akár a DNS-replikáció és az öröklés hibái okoznak. A mutációs nemesítés sok éve alkalmazza a vegyszeres kezeléssel vagy besugárzással kiváltott, véletlenszerű mutagenezist, ami nagyban hozzájárult a haszonnövényeknél a huszadik században elért terméshozam-növekedéshez. Ez a fajta mutációs nemesítés tette lehetővé világszerte 190 faj több mint 3088 fajtájának létrehozását.

Mivel a CRISPR/Cas módszerrel módosított növények nem különböztethetők meg a hagyományos nemesítési módszerekkel módosított növényektől, felmerül a kérdés, hogy ha egy új nemesítési módszer egy olyan, célzott mutációt vált ki egy adott faj genomjában, amely hagyományos nemesítéssel is létrehozható – bár lényegesen nagyobb erőfeszítéssel –, vagy véletlen mutációként is előfordulhat, akkor GMO-nak (genetikailag módosított organizmusnak) kell-e tekinteni a létrejövő terméket? A jelenlegi vita ennek megfelelően arra összpontosít, hogy a szabályozásnak eljárás-alapúnak vagy termék-alapúnak kell-e lennie.A kockázatbecslés és a szabályozás kérdésével blogunk következő fejezetében részletesebben foglalkozunk.

Johannes Fütterer társszerzői: Manuela Dahinden, Bruno Studer és Wilhelm Gruissem.

További információ: [1]  Cikk az NZZ-ben (Neue Zürcher Zeitung)
[2] A Svájci Tudományos Akadémia tájékoztató adatlapot állított össze, amely válogatott új nemesítési módszerekről nyújt jó áttekintést és leírást.
[3] Song et al. CRISPR/Cas9: A powerful tool for crop genome editing. (CRISPR/Cas: hatékony eszköz növények genomszerkesztéséhez.) The Crop Journal 4 (2), 75-82 (2016) http://dx.doi.org/10.1016/j.cj.2015.12.002
[4] Wang et al. Simultaneous editing of three homoeoalleles in hexaploid bread wheat confers heritable resistance to powdery mildew. (A hexaploid kenyérbúza három homoeoalléljének egyidejű szerkesztése öröklődő lisztharmat-rezisztenciát eredményez.) Nature Biotechnol. 32, 947-951 (2014) doi: 10.1038/nbt.2969  

A cikk letöltése pdf formátumban.

Du­dits Dénes aka­dé­m­i­kus
A pre­cí­z­i­ós ne­me­sí­t­és mint bi­o­gaz­dál­ko­dá­si in­no­vá­c­ió


Dr. Györ­gyey Já­n­os
Az elő­r­e­lé­p­és le­he­tő­s­é­g­ei a gén­tech­no­ló­g­i­á­r­ól va­ló tár­s­a­dal­mi vi­tá­b­an


Image Text

Legfrissebb
  • Batáta, az anyatermészet génmódosítása

    A há­z­i­a­sí­tott éd­es­bur­go­nya és an­nak kö­z­e­li vad ro­ko­nai kö­z­ött fon­tos kü­l­önb­sé­g­et fe­de­zett fel egy ku­ta­tás. A ba­tá­ta ge­nom­já­b­an ugya­n­is ket­tő, Ag­ro­bak­té­r­i­um ál­tal be­vitt gént ta­lál­tak. Ezek a gé­n­ek pe­dig nem csak je­len van­nak a ge­nom­ban, ha­nem ki is fe­je­ződ­nek, ami ar­ra en­ged kö­v­et­kez­tet­ni, hogy olyan hasz­nos tu­laj­don­ság ki­a­la­kí­t­á­s­á­b­an van sze­re­pük, ami a há­z­i­a­sí­t­ás so­rán sze­lek­ci­ós előnyt je­len­tett a ba­tá­t­á­n­ak.

  • Mérgező élelmiszer a polcokon

    A GM nö­v­é­nyek­kel el­len­tét­ben a nö­v­ény­vé­d­ő­s­z­er­rel szen­nye­zett ter­mé­nyek­ről ke­vés hír szól. Ér­d­e­mes át­bön­g­ész­ni a táb­lá­z­a­tot. Köz­ben fel­me­rül a kér­d­és, hogy vegy­s­zer­men­tes GM nö­v­ény­től vagy a mér­ge­ző re­tek­től kell-e job­ban fél­ni.

  • Mit mondanak azok a kutatások, amiket nem a multik pénzelnek?

    Az el­múlt 60 év so­rán 698 ku­ta­tás fog­lal­ko­zott GM-nö­v­é­nyek­kel. A köz­le­mé­nyek több, mint fe­le tel­je­sen füg­g­et­len ku­ta­tók­tól szár­ma­zik, va­gy­is nem "lob­bi­zik" az egyik vagy a má­s­ik ol­dal mel­lett - nem ér­d­e­k­elt a kí­sér­l­e­tek ki­me­ne­te­lé­b­en. Ezek a füg­g­et­len ku­ta­tók pe­dig rend­re biz­ton­sá­g­os­nak ta­lál­ták a gén­tech­no­ló­g­i­á­v­al ne­me­sí­tett nö­v­é­nye­ket.

Korábbi hírleveleink:
Hírlevél feliratkozás

Iratkozzon fel kéthavonta megjelenő hírlevelünkre email címével!

Keresés