Teknik

Vejen fra, at man har identificeret en egenskab, til man har en gensplejset sort med egenskaben, er lang. Når planteforædleren ønsker at anvende gensplejsningsteknikken i forædlingsprocessen, foregår det almindeligvis i fem trin. Her kan du læse om gensplejsningsteknikken i detaljer – trin for trin.

Nye egenskaber bliver tilført afgrøderne

Planteforædleren arbejder hele tiden på at forbedre afgrøderne ved at tilføre nye egenskaber i afgrøderne. Det kan f.eks. dreje sig om større høstudbytte eller bedre modstandskraft mod sygdom. De ønskede egenskaber bliver hentet fra ”plantelinier”, som planteforædleren allerede har i sit forædlingsmateriale eller fra vildtlevende slægtninge til den afgrøde, som bærer egenskaben. Metoden til selve overførslen af egenskaben er en almindelig, traditionel krydsning. Resultatet af krydsningen bliver et frø til en plante, hvor afgrødens tidligere egenskaber kompletteres med den nye, tilførte egenskab.

Genmodificeringen er en ny teknik til at tilføre afgrøderne egenskaber. Teknikken bliver anvendt, når det vurderes, at det ikke er muligt at frembringe den ønskede egenskab via traditionel krydsningsteknik (se forædling).

 

En organismes egenskaber er i høj grad baseret på, hvilke gener den indeholder. Det kan være et eneste gen, som afgør en egenskab. I andre tilfælde handler det om samspillet mellem mange gener.

Når genmodificering anvendes, bliver enkelte gener fra arvemassen i en organisme isoleret og derefter overført til en modtagercelle. Denne celle bliver senere udviklet til en hel plante. Eftersom alle cellerne i planten er genetiske kopier af den første modtagercelle, vil det tilføjede gen findes i alle plantes celler. Hvis alt fungerer som planlagt, vil det tilføjede gen også betyde en overførsel af en egenskab.

Vejen fra den første genmodificerede plante til en ny genmodificeret sort er imidlertid meget lang. Planten og dens afkommere skal igennem en lang række tester og prøvedyrkninger hos planteforædleren. For genmodificerede sorter kræves der også en omfattende godkendelsesprocedure, inden landmanden kan så den nye sort (for yderligere information se lovgivning).

Trin 1: Fra egenskab til gener

Den følgende metode til identifikation og fremstilling af gener er én af en række forskellige teknikker, der kan anvendes.

En organismens egenskaber bliver normalt defineret som genernes svar på miljøet. Visse egenskaber, f.eks. blomsterfarve, er uafhængig af det omgivende miljø. Andre egenskaber, f.eks. afgrødernes afkast, påvirkes i høj grad af det omgivende dyrkningsmiljø.

I forbindelse med planteforædling – det være sig med eller uden genmodificering – er det uhyre vigtigt at vide, om en egenskab afhænger af et eller flere gener. Hvis egenskaben kun er baseret på et enkelt gen, er forædlingsarbejdet forholdsvis enkelt. Er egenskaben derimod en følge af flere gener, som sidder forskellige steder i arvemassen, bliver det meget mere kompliceret.

Med den nuværende genmodificering er vi i dag kun i stand til at håndtere et fåtal af gener (ca. 1-5 gener), hvilket udgør en betydelig begrænsning for teknikken. Krydsningsteknikken involverer derimod hele arvemassen, hvilket indebærer tusindvis af gener. Når en ønsket egenskab er blevet identificeret, bliver det først undersøgt, om den kan krydses ind ved hjælp af traditionel krydsningsteknik. Hvis det vurderes, at krydsning ikke er en brugbar løsning, begynder man at lede efter en passende kilde til egenskaben, f.eks. andre arter. Ofte har genteknologen en forestilling om, hvordan egenskaben skal skabes.

En plante kan reagere på sine omgivelser ved at danne forskellige proteiner. Disse proteiner har stor betydning for plantens udvikling. Et bestemt protein kan f.eks. hæmme væksten hos en svamp, som har angrebet planten. På kemisk og fysisk vis kan man klarlægge proteinets opbygning og kemiske sammensætning. Med udgangspunkt i den viden kan man uddrage den genetiske informationskode (genet) til fremstillingen af netop dét protein. Derefter kan man isolere genet fra den resistente plantes arvemasse og lade et særligt apparat sammensætte et syntetisk gen baseret på proteinets kemiske kode.

På tilsvarende vis kan man være bevidst om, at et bestemt protein i en bakterie er giftigt for et bestemt skadedyrsinsekt. Genet bliver fremstillet på samme måde som i det forrige eksempel, og hvis alt fungerer som planlagt, bliver planten resistent over for det skadelige insekt.

Trin 2: Fra gener til genkonstruktion

Når et gen er identificeret og fremstillet, skal genet bygges ind i en såkaldt genkonstruktion. Genkonstruktionen gør det muligt at overføre genet til en plante og få det til at fungere som ønsket.

En fungerende genkonstruktion består ud over selve genet af en såkaldt promotor og en terminator. Terminatoren angiver genets afgrænsning. Promotorens rolle er at styre i hvilke celler og med hvilken aktivitet, genet skal aflæses (dvs. hvor proteinet bygges).

Alle gener findes i alle organismens celler. Men det er promotoren, der aktiverer f.eks. genet for rød blomsterfarve i kronbladene på en blomst. Hvis alle gener var ”slået til” i alle celler, ville organismen ikke fungere. Promotorerne derfor næsten lige så vigtige som generne i sig selv.

Hvis man vil ændre stivelsessammensætningen i kartofler, kan man finde en promotor, som er specifik for kartoflen. På den måde forandrer man kun stivelsessammensætningen i selve kartoflen, og lader resten af plantens dele være upåvirket.

Første del af genkonstruktionen udgøres altså af kombinationen promotor-gen-terminator. Men ofte må der desuden tilføjes et såkaldt selektionsgen i selve genkonstruktionen. Selektionsgenet understøtter reelt den celle, som bærer på genet. Det kan f.eks. gøre cellen resistent over for et element, som planten (og dens celler) under normale omstændigheder er følsom overfor. Også selektionsgenet må omgives af en passende promotor og terminator.

Når genkonstruktionen skal overføres til planten, bliver den sat ind i et ringformet DNA-molekyle, et såkaldt plasmid. Det ringformede DNA-molekyle er opbygget af samme kemiske ”byggesten”, som selve genkonstruktionen.

Trin 3: Fra genkonstruktion til plantecelle

Et af processens sværeste trin er at overføre den sammensatte genkonstruktion til arvemassen i en plante. Mange forskellige teknikker har været afprøvet og vist sig brugbare. I den mest almindelige teknik i dag udnytter man en jordbakterie – agrobacterium -, som helt naturligt har udviklet et system til at overføre en del af sit plasmid til en plantecelle.

I den oprindelige version af agrobacterium indeholder den del af plasmidet, som overføres til plantecellen, gener, som programmerer plantecellen til at skabe passende livsbetingelser for bakterien. Når agrobacterium anvendes i laboratoriet, bliver bakteriens oprindelige plasmid byttet ud med det plasmid, som indeholder den sammenbyggede genkonstruktion, der blev beskrevet i afsnittet Fra gener til genkonstruktion.

Trin 4: Fra vækstcelle til plante

I laboratoriet lader man ”tamme” agrobacterium inficere et plantevæv. Bakterierne kan ikke overføre genkonstruktionen til alle celler i vævet, men derimod blot til et fåtal. Derfor må de celler, som har fået overført genkonstruktionen, selekteres ud fra alle de celler, som ikke indeholder genkonstruktionen. Det er i den fase af processen, at selektionsgenet bliver udnyttet.

Plantevævet bliver dyrket på en sådan måde, at kun de planteceller, som har fået tilført genkonstruktionen, vokser videre.

Disse celler kan derefter senere udvikles til en ny, såkaldt transgen plante. Den overførte genkonstruktion bliver integreret et sted i plantecellens arvemasse. Endnu kan man ikke styre præcis, hvor i modtagercellens arvemasse, den havner. Eftersom den transgene plantes celler alle er genetiske kopier af den første, transformerede celle, vil alle plantens celler indeholde genkonstruktionen.

Problemerne på dette trin varierer en del afhængigt af, hvilke afgrøder der er tale om. Kartofler og raps er eksempler på arter, som er forholdsvis lette, mens hvede og sukkerroer hører til blandt de afgrøder, der er svære at genmodificere (at transformere).

Trin 5: Fra plante til sort

Eftersom det endnu ikke er muligt at styre indsætningen af genet til en bestemt plads, vil de indførte geners funktion afhænge af, hvor i cellens arvemasse, de reelt bliver indført. Hvis genkonstruktionen havner i en bestemt del af arvemassen, kan det ske, at de slet ikke kommer til udtryk. Bliver konstruktionen derimod integreret midt i et andet område af arvemassen, kan det betyde, at plantens øvrige karakter ændres.

Selv om der findes områder i arvemassen, hvor genkonstruktioner ofte bliver sat ind, vil hvert enkelt transformationstilfælde, ”transformation event”, adskille sig fra de øvrige. Måske ikke i egenskaber, men på DNA-niveau.

For at skabe en transgen plante, hvor de overførte gener fungerer som planlagt, og hvor ingen anden form for forstyrrelse eller forandring er sket, skal der fremstilles et stort antal planter fra forskellige transformerede celler. Antallet af transgene planter, som fremstilles, varierer meget. Ind imellem er det nok med under hundrede, men ofte er der behov for flere tusinde transgene planter. Jo flere gener i genkonstruktionen, som skal fungere optimalt, jo flere transgene planter.

Det tager som oftest flere år at identificere den transgene plantelinie, som bedst opfylder de kommercielle og lovgivningsmæssige krav. Herefter mangler der stadig et stort arbejde, før man er klar til markedsføringen. Dels skal den transgene plantelinie forædles via traditionel forædling, så den giver et stort afkast. Dels skal der produceres tilstrækkelige mængder frø, før de kan sælges til landbruget. Inden salget går i gang, skal den nye sort testes og godkendes til markedsføring.

Alt i alt tager det lige så lang tid fra første krydsning i et traditionelt forædlingsprogram til en ny sort er udviklet, som det tager fra transformeringen af plantecellen og til den genmodificerede sort når ud på markedet.