O žlahtnjenju rastlin in gensko spremenjeni hrani

Dr. Borut Bohanec (foto: osebni arhiv)

Beseda žlahtnjenje rastlin gre mnogim težko z jezika. So me novinarji že spraševali, če poznamo še katero, ki bi se bolje slišala. Da ne omenjam, da v besedi žlahtnjenje večina zapiše vsaj kak j premalo. Ob tem dodatno zmedo povzročajo še napačni prevodi. Prav vsi angleško-slovenski slovarji namreč plant breeding napačno prevajajo kot gojenje ali vzgoja in ne kot žlahtnjenje rastlin. In če je takšna zmešnjava že pri izrazih, kakšna je šele pri razumevanju tematike.

Včasih predavam dijakom. Prvo, kar povem, je ponavadi to, da mi vsi skupaj ne bi sedeli v učilnici in prijetno kramljali, če delo generacij žlahtniteljev v preteklem stoletju ne bi drastično povečalo pridelkov vseh vodilnih kmetijskih rastlin. Pogovarjali se ne bi, ker bi dejansko okopavali krompir na polju. Dijaki pač ne vedo, da je bil denimo še pred drugo svetovno vojno v Sloveniji delež kmečkega prebivalstva 60 %, pa so vendarle mnogi odšli spat lačni. Večina ostalih pa ne ve, od kod nenadoma obilje hrane in njena raznolikost. Niti tega, da prihaja z vedno manjših pridelovalnih površin. Če se že česa spomnijo, je to, da danes orjemo s traktorji in ne s konji, da gnojimo z mineralnimi gnojili in ne le s hlevskim gnojem, da uporabljamo sintetična zaščitna sredstva in herbicide, da namakamo in osušujemo tla in podobno. Zelo redko pa kdo reče; tule lahko sedimo zato, ker pridelujemo sodobne sorte kmetijskih rastlin. In vendar znanost ocenjuje, da je k drastičnemu zvišanju pridelkov, ko z iste površine pridelamo vsaj petkrat več kot pred stotimi leti, daleč največ prispevalo prav žlahtnjenje novih sort.

Teosinte (foto: Mbhufford via Wikimedia)
Teosinte (foto: Mbhufford via Wikimedia)

Zgodovina žlahtnjenja se seveda ne začne z 20. stoletjem. Človek je rastline odbiral že tisočletja, po velikih odkritjih – denimo Amerike – pa so najuspešnejše vrste obkrožile svet. Prav neverjetno je, kako velike uspehe smo ljudje dejansko dosegli, ne da bi kar koli vedeli o dedovanju. Potrebovali smo nekaj desetletij, da smo se znanstveno prepričali, da je neugledna rastlinica teosinte res edini prednik danes mogočne koruze. Podobno le stežka verjamemo, da so tako različne zelenjadnice kot so zelje, cvetača, ohrovt, kolerabica, brstični ohrovt ali brokoli dejansko predstavnice ene in iste vrste, ki ji botaniki pravijo Brassica oleracea. Zgodovina žlahtnjenja nas uči, kdaj se je v pridelavi pojavila katera od zdaj povsem samostojnih različic. Za precejšen del naštetih sort je denimo odgovoren Rimski imperij.

Kot na vseh drugih področjih je bil tudi v žlahtnjenju rastlin napredek postopen. Množična križanja in odbira, tako znotraj kot medvrstna, so izvajali že v 18. in 19. stoletju, nastajale so prve sodobne sorte. Denimo pri hruškah in pri trti še danes pridelujemo marsikatero sorto, ki izvira še iz tega obdobja. Čeprav znanstvene temelje pripisujemo odkritju Mendljevih del leta 1900, so bila dejansko za žlahtnjenje pomembna tudi druga, manj znana odkritja.

Napredek je bil hiter, ko so ugotovili, kako žlahtniti samoprašnice, kot sta denimo pšenica ali grah, tujeprašnice, kakršni sta rž ali čebula, in vegetativno množene rastline, kamor sodijo na primer vse sadne vrste. Pravo podjetništvo v semenarstvu pa je povzročilo odkritje hibridnih sort. Najprej pri koruzi, nato pri vse več vrstah. Hibrid ima namreč tri pomembne prednosti. Dve koristita kmetu, ena semenarju. Namreč kmet s hibridom dobi izenačen pridelek tudi pri tujeprašnici – recimo, posejte nehibridno ali hibridno sorto zelja, pa boste takoj videli razliko. Kmet s hibridom dobi veliko večji pridelek, saj je v njem izražen hibridni vigor. Semenarju pa se tudi samo smeje, kajti kmet mora k njemu po seme vsako leto, saj se mu naslednje generacije ne izplača posejati, ker bo preveč raznolika. Zanimivo, hibridni vigor poznamo že okoli sto let. Prav toliko so stare tudi teorije, ki ga pojasnjujejo, dejansko pa več povsem novih genetskih odkritij šele zdaj v celoti pojasni molekulsko ozadje. Poučna zgodba, ki kaže na to, da mnogokrat praksa prehiteva teorijo. Danes hibridi prevladujejo pri večini pomembnih kmetijskih rastlin in to kljub temu, da so načini žlahtnjenja in vsakoletne pridelave semena zelo zapleteni. Pri vrstah kjer se hibridi še niso močno uveljavili, recimo pri pšenici, pravkar opažamo, da pridelki počasneje napredujejo kot pri tistih vrstah, kjer hibridi prevladujejo. Razlog je seveda v različnem interesu semenarskih podjetij, ki več vlagajo v vrste, kjer je prodaja semena vsakoletna.

Vsako žlahtnjenje se začne z izbiro in največkrat križanjem večih sort. Za ta namen žlahtnitelji potrebujamo čim večjo genetsko raznolikost. Ta pa je skrita v sodobnih sortah, starejših sortah, lokalnih populacijah in drugih, največkrat divje rastočih sorodnih vrstah. Zavedanje po nujnosti ohranitve kmetijsko pomembne biodiverzitete je staro okoli 90 let. Ustanovljene so bile številne genske banke, ki hranijo milijone akcesij, eno takih imamo tudi pri nas. Iz njih črpamo vire genetske raznolikosti, ki jih potem z dolgotrajnimi postopki odbire vključimo v nove sorte. Več o pomenu genskih bank najdete tule.

Brassica oleracea (foto via gman-bioblog.blogspot.com)
Različne zelenjadnice kot so zelje, cvetača, ohrovt, kolerabica, brstični ohrovt ali brokoli so dejansko predstavnice ene in iste vrste, ki ji botaniki pravijo Brassica oleracea. (foto via gman-bioblog.blogspot.com)

Kako torej nastajajo nove sorte in čemu potrebujemo gensko transformacijo?

Osnovne metode žlahtnjenja so križanja, samoopraševanje, povratna križanja, kloniranje ali indukcija mutacij. Postopki redko trajajo manj kot deset let, povsem običajno je, da v tem času žlahtnitelj izvrednoti tisoče ali desettisoče križancev. V pomoč osnovnim metodam pa smo razvili sklop tehnik tkivnih kultur, s katerimi denimo proizvedemo čiste linije iz spolnih celic in s tem dosežemo homozigotnost v enem samem letu. Recimo vse evropske sorte oljne ogrščice so pridobljene s tem postopkom. Medvrstna križanja uspešno premagujemo z in vitro reševanjem embrijev, od tod recimo številne nove vrste citrusov, ki jih najdete v trgovinah. Namesto križanja znamo tudi zliti dve jedri različnih vrst s pomočjo fuzije protoplastov, torej somatskih celic, ki smo jim celično steno odstranili. Kot rečeno, velik učinek dosežemo s hibridi, torej križanci dveh čistih linij, njihova pridelava pa je zelo zahtevna. V ta namen uporabljamo tudi moško sterilne linije, da ni potrebno ročno odstranjevanje prašnikov. Denimo fuzija protoplastov radiča in sončnice je prvemu omogočila tvorbo hibridnih sort. Križance vključene v selekcijo tudi vse bolj precizno odbiramo, saj nam laboratorijske tehnike genskih markerjev, sekveniranja, proteomike ter druge omogočajo vpogled v celične procese, ki so bili nekoč skriti. V pomoč pri odbiri so nam tudi fitopatološki testi, da lahko odberemo odporne sorte. V pomoč so nam zapletene laboratorijske analize, s katerimi ugotavljamo vsebnosti najrazličnejših metabolitov. Če predstavnik semenarskega podjetja izjavi»Jerič nam je pojasnil, da je ta koruza vzgojena z gensko tehnologijo, s pomočjo katere odbirajo tiste gene, ki omogočajo, da rastlina tudi v ekstremno sušnih razmerah zadrži vlago in se ne izsuši« s tem misli, da so bili pri žlahtnjenju novih sort uporabljeni genski markerji, s katerimi jim je uspel preboj na omenjenem področju.

Amflora (foto: BASFPlantScience via Wikimedia))
Amflora (foto: BASFPlantScience via Wikimedia))

Čemu ob vsem tem potrebujemo metodo genske transformacije? Odgovor je večplasten. Včasih zato, ker z običajnimi metodami nekaterih ciljev ni mogoče doseči, denimo, če nobena akcesija riža ne vsebuje vitamina A, s križanji ne bomo dosegli cilja. Drugič zato, ker nekatere cilje lažje dosežemo, recimo na več virusov odporne bučke je z metodo genskega inženiringa zelo lahko požlahtniti, s križanji pa zelo težko ali nemogoče. In še posebej zato, ker lahko s to metodo dosežemo povsem nove lastnosti, takšne, ki jih določene vrste prej sploh niso imele (recimo rastlinsko olje z omega 3 maščobami). Razlog je lahko tudi želja po izrabi rastlinskih vrst kot poceni pridelovalcev industrijskih ali farmacevtskih substanc. O rižu, namenjenenem, zdravilu, preberite tule, o krompirju (op. Amflora), namenjenem industriji, pa tule.

Žlahtnjenje in sproščanje v prodajo ali v pridelavo je zakonsko povsem drugače urejeno kot žlahtnjenje običajnih sort. To področje ureja več zakonov in pravilnikov, več o tem tule. Bistvo postopkov je v postopnosti sproščanja, kjer so faze naslednje: laboratorijski poskusi, poskusi v varovanem okolju, manjši poljski poskusi, pridelava. Od prijavitelja se zahteva zelo podrobna dokumentacija, ki jo državne in skupna evropska znanstvena komisija podrobno pregledajo in največkrat zahtevajo tudi ustrezne dopolnitve. O vsaki vlogi na koncu regulatorni organi izdajo javno dostopno mnenje. En takih je recimo tule. Če ga boste preleteli, boste ugotovili, kako podrobno je vsak nov proizvod testiran.

Vemo, da je prav postopkom gensko spremenjenih rastlin v medijih namenjena velika pozornost. Na nekaj najpogostejših vprašanj in trditev pripravljam odgovore, na Metini listi pa bomo predstavil tudi nekaj uspešnih primerov.

 

Dodatno branje:

Dr. Bohanec odgovarja na najpogostejša vprašanja in trditve, povezana z GSO

10 uspešnih primerov genskih transformacij

Žlahtnitelju krompirja Viktorju Repanšku odkrivajo spominsko ploščo (Dnevnik, avgust 2013)

Profesor Bohanec: Z veseljem bi kupil oranžni ananas, a mi država te izbire ne dovoli (MMC RTV SLO, oktober 2013)

International science organizations on crop biotechnology safety. (infografika)

10 reasons we need crop biotechnology, Genetic Literacy Project (infografika)

Building a Better Mass-Market Tomato (NYT)

 

P.S. Objavljeni bodo komentarji, ki ustrezajo načelu spoštljivega komuniciranja, tako do avtorja zapisa kot drugih komentatorjev in komentatork.

 

Več od Dr. Borut Bohanec

Mojih pet centov ob robu debat o odgovornosti medijev

“Sluzasta” Facebook in Twiter odločata o predsednikih držav ter o izstopih iz...
Beri dalje