Perspektiverne for anvendelse af GMOkartofler. Kåre Lehmann Nielsen, Aalborg Universitet

Transkript

1 Perspektiverne for anvendelse af GMOkartofler Kåre Lehmann Nielsen, Aalborg Universitet

2 Fremtidens udfordring for Landbruget 9 milliarder mennesker på jorden i Norman Borlaug (2005): - By 2050 we have to produce 2x food compared to now. - We have to produce more food the next 50 years than the last years! Men det er faktisk meget værre: Landbruget forventes at imødekomme dette samtidig med at nedsætte: brug af gødning for at beskytte mijøet. brug af pesticider for at beskytte miljø og biodiversitet. brug af vand. udledningen af CO 2 og andre drivhusgasser. Arealforbrug for at gøre plads til byer og ørkener Arealforbrug for at lave plads til dyrkning af biomaterialer for produktion af energi, kemikalier og farmacutiske stoffer. Akut behov for afgrøder der er: Højt ydende Lavt input Vand effektive Sygdomsresistente

3 There is not a lot of fertile land underused that can be exploited

4 Gror vi de rigtige afgrøder idag? Danmark Verden Unit is 1000 tons

5 Få det meste ud af landbrug - Energi Yield, t/ha Energy, Mcal/ha Potato Cereals Sugar Cane Potato Cereals Sugar Cane FAOSTAT 2007, Yield Potato and Cereals Denmark, Sugar Cane - Brazil

6 Få det meste ud af landbruget - Vand Vand udnyttes ikke altid godt... Information provided by FAO s Land and Water Division 2008.

7 Få det meste ud af landbruget - gødning Crop norm Denmark, kg N/ha potato cereals Plantedirektoratet 2002

8 Få det meste ud af landbruget - pesticider Cereals Potato 1 0 Herbicides Fungicides Insecticides

9 Kartofler er allerede: Højtydende Pladseffektiv Vandeffektiv Gødningseffektiv Potentiale for udbytteforøgelse uden nødvendig ændring af plantearkitektur Men for at blive en fremtidig hovedafgrøde skal der ske hurtig udvikling indenfor: Sygdomsresistens (specielt kartoffelskimmel) Udbytte specielt under kortvarig vandmangel (mindre end 10 dage)

10 Basis hypotese for kartoffelprojekt Antagelser: Reguleringen af udtrykkelsen af generne er den vigtigste faktor for forholdet mellem genotype og fænotype. Elite cv er indavlede (dog meget heterozygote). Elite cv har fænotypisk variation in udbytte, sygdom og tørke tolerance. Mulighed: Ved analyse af gen ekspression versus fænotype at identificere, hvilke gener og gen netværk, der er kausale for den fænotypiske variation under forskellige vækstbetingelser. Output: True breeding targets: gener eller gen netværk som er af betydning. Implementering i afgrødeudvikling: Ved cisgenetisk GMO eller præcisions avl (e.g. marker assisted selection)

11 Basic Experimental Design Yield Field grown x2 Sampling through summer 2008 Dianella Spunta Kuras Karnico Signum Kardal Water stress 0-12 days - rewater for 6 days Desire Sarpomira Matador Jutlandia Ditta Bintje Toluca Disease: +/- Phytophthora infestans

12 DeepSAGE Solexa Overall sequence stats # of biol samples 1931 # of mearuring points 752 # of tags 1013*10 6 # of inf. bp Gbp

13 Kortvarig vandmangel er reflekteret i genekspressionen Day 1 Day 4 Day 12

14 CP12 er en redox regulator af Calvin cyklen NADPH NADP GAPDH Thioredoxin red Thioredoxin ox GAPDH PRK PRK High Activity Low Activity Howard et al. (2008) PNAS

15 CP12 er også et kandidat gen for udbytte under kortvarig vandmangel 32% more in CP12+ n 1 =3*6 og n 2 =3*8 p-værdi=0.036

16 Konklusioner Generelt. Der er behov for at landbrugsproduktionen øges markant globalt. En stor del af den ekstra landbrugsproduktion skal komme fra allerede eksisterende højeffektive landbrugsområder. Derfor er der behov for at udbytte og pladseffektivitet øges markant ved basale afgrøder. Kartoffel er en godt sted at begynde, da den allerede er temmelig højtydende og pladseffektiv. Eksperimentalt Der kan etableres kausale sammenhænge mellem ændringer i genekspression og fænotypiske træk - også i field trial data. Der kan ud fra disse analyser idenficeres kandidatgener, som er specielt interessante, hvis de rette statistiske analyser udføres i alle de trials vi har sat op. Kortvarig vandmangel har indflydelse på udbytte under normale vækstbetingelser også langt før klassiske tørke markører som lukning af stomata og ABA syntese i rod. Implementering skal ske ved Marker Assisted Breeding eller ved cisgenetisk GMO

17 Deltagere LKF Vandel Hanne Grethe Kirk Annabeth Høgh Petersen Sanne Hedegaard Sireesha Dommaraju Mads Sønderkær Kacper Kaminsky Kåre Lehmann Nielsen Henrik Pedersen Christian Feder Funding: Det Strategiske Forskningsråd kommiteen for Fødevarer og Sundhed #