Hvad kan fremtiden byde med eller uden GMO

Transkript

1 Hvad kan fremtiden byde med eller uden GMO Preben Bach Holm Institut for Molekylærbiologi og Genetik Aarhus Universitet Forskningscenter Flakkebjerg 4200 Slagelse GMO Konference, 12 april, 2011 Jordbrugets UddannelsesCenter Aarhus

2 Hvad kan fremtiden byde med eller uden GMO? Afgrøder til bioenergi? CO2 bindende afgrøder? Økologiske afgrøder som er ukrudtresistente? Skal der fortsat forskes i GMO i Danmark og med hvilket formål. Skal der være fokus på GMO, almindelig forædling, valg af afgrøder og dyrkningssystemer Er det nødvendigt at gensplejse gode eksisterende afgrøde, som er bæredygtige og har en god forsyningssikkerhed Hvor ser du GMO som en fordel og ulempe Hvordan sikrer vi uvildig forskning, der ikke er styret af frøfirmaer f.eks BASF, Monsanto mfl.

3 Planteprodulter

4 Den globale befolkningsudvikling Lutz et al. Nature 412, , 2001

5 Det totale behov for korn- og kødprodukter % stigning 60% stigning Korn Kødprodukter

6 Bioethanol (biodiesel, biomasse) Fuel for the cars food for the people

7 Klimaændring Højere temperaturer Større skift i vejret Biotisk stress: Vira Bakterier Svampe Insekter og orme Abiotisk stress: Tørke Oversvømmelse Høj saltholdighed Mineral tilgængelighed og toksicitet Reduceret udbytte Lavere produkt kvalitet

8 Klima ændring Fordobling af CO 2 niveauet ved slutningen af århundredet Forøget udbytte stivelse og sukre Forbedret vandudnyttelse Forbedret kvælstofudnyttelse Reduceret protein kvantitet og kvalitet Reduceret vitamin og mineral indhold

9 Thomas R. Malthus ( )

10 Ændringer i ris- og hvedeudbytte og produktion

11 Prisudviklingen på landbrugsvarer World Agriculture: towards 2015/2030 (2002)

12 Årsager til produktivitets- og udbyttestigninger : Fordobling af udbyttet Agronomi (50%) Kunstvanding Gødskning Pesticider Mekanisering Viden Planteforædling (50%) Sygdomsresistens Højere udbytte Plantearkitektur Opbevaring Bedre såsæd Viden Udvidelse af det dyrkede areal: 100 mill ha ( )

13 Omkostninger og problemer Opbygning af højt saltindhold Erosion Forurening med pesticider Forurening med næringsstoffer Reduktion i arealerne for naturlige økosystemer Snævrere fødevaregrundlag Dårligere ernæringsmæssige egenskaber

14 Indtil nu har det været muligt for fødevareproduktionen at holde trit med befolkningsudviklingen. Dette skyldes: Udvikling af nye plantesorter med bedre udbytte og sygdomsresistens (50%) Udvikling af bedre dyrkningsteknologi, herunder anvendelse af kunstvanding, kunstgødning og pesticider (50%) Det vil være muligt at forøge udbytterne via inddragelse af marginaljord og yderligere anvendelse af kunstvanding, gødskning og pesticider MEN: Mere af det samme vil ikke løse problemet!

15 Der er behov for en ny Grøn Revolution Den nye Grønne Revolution skal være dobbelt grøn, en Biorevolution

16 rv0706 rv0404 rv0188 rv0383 PSR540 M15185 rv0959 rv1154 rv1008 rv0979 rv1282 rv0998 rv0981 rv0037 rv1269 rv1212 rv2069 rv0935 a22taga1 rv0062 rv0152 rv0225 C145 CDO59 CDO365 Rz395_3 R3349 BCD855 FpAFPH rv1239 rv0518_2 CDO38_1_3 rv1164 M4136 rv0696_3 2 -omics, genetics and bioinformatics

17 Baggrund Forståelsen af den genetisk basis for planters egenskaber udvikler sig i disse år meget hurtigt Dette skyldes udvikling af en række genetiske værktøjer og teknikker, der muliggør langt mere omfattende og detaljerede analyser end tidligere Vi vil få en omfattende viden om vore kulturplanters egenskaber indenfor områder som: Human og animalsk ernæring Sygdomsresistens Udnyttelse af næringsstoffer Tolerance overfor kulde og tørke Planteforædlere og aftageindustrien vil få en lang række nye muligheder

18

19

20

21

22

23 Den Roundup resistente sukkerroe blev introduceret i USA i 2008 I 2009 udgjorde de Roundup resistente sukkerroer 90% af produktionen I 2009 erklærede en US distriktsdommer Jeffrey White sukkerroedyrkningen for ulovlig med den begrundelse, at den ikke var ordentlig miljøvurderet

24 50% af USA s papaya produktion er idag GM virus-resistent (Hawaii) Virus resistent papaya

25

26 Vinderosion i U.S.A.

27 Roundup resistent ukrudt i USA 2010

28 European Corn Borer

29 FUNGAL MYCOTOXINS IN CORN Corn cob with Fusarium infestation European Corn Borer (a) & Pink Stem Borer (b) in a corn stalk (a) (b) Under adverse climatic conditions, fungi of the Fusarium family can infest corn plants. Damage caused by tunnel-boring larvae of insects such as the European Corn Borer or the Pink Stem Borer facilitates fungal infestations. Fusarium sometimes produce potent toxins known as mycotoxins. Their toxicity to animals are well known, their effects on humans is increasingly investigated. In Europe, current regulations cover mainly aflatoxins. Regulation may soon be extended to cover other mycotoxins (for example fumonisins).

30 Insektresistent Bt bomuld Angreb af møllarver forårsager meget store udbyttetab, og der sprøjtes meget hyppigt med bredspektrede insekticider. Dyrkning af bomuld er opgivet i en række områder på grund af udvikling af resistens mod insekticiderne. Dyrkningsmæssige fordele Permanent beskyttelse Stor fremgang i udbytte Miljømæsssige fordele Reduktion i mængden af insektmidler For Kina taler man om en reduktion i insekticidanvendelsen på 60-80%

31 Pipeline 2. Gen. Insekt- og herbicidresistens Tørketolerant majs, sojabønner og bomuld Majs og sojabønner med højere udbytte Monsanto: Forskning og udvikling Gen identifikation Proof of concept Fase 2 Fase 3 Fase 4 Commitment Fordobling af udbyttet i core crops 2030 Fodermajs med balanceret proteinsammensætning Sojabønner med bedre proteinsammensætning Sojabønner med olier der giver færre transfedtsyrer Sojabønner der laver omega-3 fedtsyrer

32

33 Eksempler på ernæringsmæssige forbedringer via GM (1) Forøget vitaminindhold (vitamin A i ris og hvede, vitamin E i raps, vitamin C i majs) Forøget jernindhold i ris og hvede Forbedret aminosyresammensætning (lupin, majs, byg, raps, kartoffel) Forbedret oliesammensætning (lauric acid, g-linoleic acid, omega-3 fedtsyrer, 8:0 and 10:0 fedtsyrer i raps, oleinsyre i sojabønner og bomuld) Forbedrede fibre (fruktaner i roer, inulin i kartoffel, lignin i lucerne og Sorghum) Forøget proteinindhold (kartofler) Forbedret stivelse (højamylose stivelse, bypass stivelse) Forøget antioxidanter (isoflavones i sojabønner og flavonoids i tomat)

34 Eksempler på ernæringsmæssige forbedringer via GM (2) Fjernelse af antinutritionelle faktorer (phytinsyre i hvede, raps, ris, majs og søjebønner) Fjernelse af allergene forbindelser (ris, sojabønner, æbler) Fjernelse af toksiske forbindelser (solanin i kartofler og cyanogene glucosides i kassava) Caffeine (kaffe) Nicotine (tobak)

35 Fosfatudnyttelse Proteinindhold og udbytte Aminosyresammensætning Bagekvalitet i byg Fordøjelsen af cellevægge Fordøjelse af stivelse Mineralindhold Gulrustresistens Effekt af forøget CO 2 på mineralindhold og proteinsammensætning

36 Expression of thermophilic xylanases in wheat Xylanases not present in wheat XynA Three promoters Two xylanases Six combinations XynB XynB U N I V E R S I T Y O F A A R H U S

37 Estimation of traits - exemplified in cereals Trait Importance Possibilities current effort SUPPLEMENT/ SUBSTITUTION Conventional Biotech (non-gm) GMO-breeding Research Testing Varieties Promotion Nutrients F Weed C, A Fungi - leaf (+) C, A Virus C, A Insects C, A Fungi -seedborne C, A Lodging C, A Yield* (+) F, C, A Bread, industry F, C, A, E, P, S Malt, industry F, C, A, E, P, S Feed quality F, C, A, E, P, S Human coms. - taste (+) E, P, S, M Human coms. - health E, P, S Drought resistance (+) F, A, W New traits;????????? - CO2 sequestration (+) F, C, A, W - Water use efficiency ++(+) (+) F, C, A New products ? P, S, M,? F = Fertilizer C = Chemical treatment A = Agronomy E = Enzymes P = Processtechnics S = Additives M = Medicine W = Irrigation

38 Genetisk modificerede planter Etik Religion Risiko Globalisering Økologi Miljø Sundhed Nytteværdi Udviklingslande Multinationale selskaber Patenter

39 Kilde: Plantekongres 2010 The cost of developing a GM variety!

40 Hvordan kommer vi videre? Globale regler for adskillelse og mærkning af gensplejsede afgrøder Internationale regler, der sikrer den 3. Verden og mindre forædlingsvirksomheder ret til at anvende den nye teknologi på rimelige vilkår. Den offentlige sektor og agroindustrielle virksomheder som foderstoffirmaer, malterier, bagerier osv. må påtage sig et medansvar for at sikre et passende modspil mod de multinationale selskaber. Gensplejsningsteknikker skal forbedres Nye gensplejsede planteprodukter skal undersøges for deres sundheds- og miljømæssige effekter og markedsføres på baggrund af en positiv effekt på sundhed og miljø.

41 Transgenese Alle gener i alle organismer Samme art Konventionel forædling Genetisk modifikation Ny sort Ny sort

42 Cisgenese Alle gener i alle organismer Samme art Konvention forædling Genetisk modifikation Ny sort Ny sort

43 Hvad kan fremtiden byde med eller uden GMO? Afgrøder til bioenergi? CO2 bindende afgrøder? Økologiske afgrøder som er ukrudtresistente? Skal der fortsat forskes i GMO i Danmark og med hvilket formål. Skal der være fokus på GMO, almindelig forædling, valg af afgrøder og dyrkningssystemer Er det nødvendigt at gensplejse gode eksisterende afgrøde, som er bæredygtige og har en god forsyningssikkerhed Hvor ser du GMO som en fordel og ulempe Hvordan sikrer vi uvildig forskning, der ikke er styret af frøfirmaer f.eks BASF, Monsanto mfl.

44 Tak for opmærksomheden

45 Wheat Triticale Trithordeum CISGENIC GROUP Rye Barley Rye x wheat x barley

46

47 Hvor kom vores kulturplanter fra? Region Kulturplante NærØsten og Middelhavsområdet Afrika Kina SydØstasien Mesoamerika og Sydamerika Sydamerika Hvede, byg, rug, havre, raps, hør, linser, kikærter, figner, dadler, oliven, salat, løg, bønner, gulerødder, græskar, meloner, valnødder, mandler, druer, æbler, pærer og blommer Hirse, ris (afrikansk), sorghum, cowpea, jordnødder (Bambara), yams, oliepalmen, vandmelon, okra, kaffe Japansk millet, ris, boghvede, soyabønner, raps, kinakål, ferskner, aprikos, kastanjer, te, ginseng Ris, pigeon pea, mung bean, citrus, kokosnød, taro, yams, banan, brødfrugt, sukkerrør, aubergine Majs, squash, alm. bønne, peber, tomater, amaranth, søde kartofler, solsikker, vanilje, avocado, papaya, guava Kassava, kartofler, jordnødder, bomuld, majs, ananas, coca, maté

48 Den frugtbare halvmåne Den Europæiske civilisations vugge: Domesticering af: Hvede, byg, havre, rug, kikærter, linser, hør, oliven, dadler, druer Samt Køer, geder, svin og får

49 Planteforædling Det første trin i domesticeringen af vores kulturplanter bestod i at stenaldermanden, eller snarere stenalderkvinden, udvalgte særligt store og tiltalende planter og frø blandt de vilde planter og dyrkede dem i en mark. Forudsætningen for dette er genetisk variation

50 Genetisk variation og effekt af selektion og indavl

51 Naturlig variation Alle typer af kål kommer fra en enkelt art, vild havekål

52 Den konventionelle forædling

53 Wide crosses I flere tilfælde er ny arter blevet dannet via kontrollerede krydsninger mellem to arter, der normalt ikke kan krydse med hinanden i naturen. Triticale

54 Mutationforædling Frøene bliver bestrålet eller behandlet med mutageniserende stoffer for at inducere mutationer. Mutationerne foregår tilfældigt over hele genomet. Som regel resulterer en mutation i at genet taber sin funktion

55 Vævskultur bliver hyppigt anvendt for opformering af alm. planter samt planter der er sterile og for fjernelse af virus

56 Hybridforædling: To forældrelinier af fremmedbestøvende linier indavles gennem flere generationers selvbestøvning. Når sådanne linier krydses har afkommet hybrid vigour. Denne vigour forsvinder gradvist over de næste generationer og nye frø skal derfor indkøbes hvert år

57 DNA polymorfier Tidlig blomstring Sen blomstring Tidlig Sen

58 Markørbaseret selektion F1 F2 Muliggør, at interessegenet kan følges gennem forædlingsprocessen ved hjælp af en simpel DNA markør istedet for ved anvendelse af fænotypiske analyser

59 RoundUp Resistens RoundUp (glyphosate) påvirker EPSPS enzymet (5-enolpyruvylshikimate 3-phosphate synthase) Shikimate 3-phosphate RoundUp EPSPS Phenylalanine Tyrosine Tryptophan Planten dør af mangel på aminosyrer Gensplejsning med gen for EPSPS fra Agrobakterium eller majs, som ikke blokeres af glyphosat Shikimate 3-phosphate EPSPS Phenylalanine Tyrosine Tryptophan

60 Den Gyldne Ris Introduktion af gener, der koder for phytoene synthase, bacteriel phytoene desaturase and lycopene cyclase resulterede i b-carotene produktion in rise endospermen (Ye et a. 2000, Science 287: ). B-caroten syntesevejen er blevet indsat i en række rissorter under anvendelse af phophomannose isomerase selektions systemet (Datta et al. 2003, Plant Bviotech. J. 1, 81-90) Den Gyldne Ris har været i markforsøg i USA i 2004 Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning

61 RoundUp Resistens RoundUp (glyphosate) påvirker EPSPS enzymet (5-enolpyruvylshikimate 3-phosphate synthase) Shikimate 3-phosphate RoundUp EPSPS Phenylalanine Tyrosine Tryptophan Planten dør af mangel på aminosyrer Gensplejsning med gen for EPSPS fra Agrobakterium eller majs, som ikke blokeres af glyphosat Shikimate 3-phosphate EPSPS Phenylalanine Tyrosine Tryptophan