facts series virusresistente papaja in Hawaï de reddingsboei van de lokale papaja-industrie

facts series virusresistente papaja in Hawaï

de reddingsboei van de lokale papaja-industrie

1

VIB VIB (Vlaams Instituut voor Biotechnologie) is een non-profit onderzoeksinstituut in de levenswetenschappen. 1.300 wetenschappers verrichten strategisch basisonderzoek naar de moleculaire basis van het menselijk lichaam, planten en micro-organismen. Via een partnerschap met vier Vlaamse universiteiten – UGent, KU Leuven, Universiteit Antwerpen en Vrije Universiteit Brussel – en een stevig investeringsprogramma bundelt VIB de krachten van 76 onderzoeksgroepen in één instituut. Hun onderzoek leidt tot een betere kennis van het leven. Met zijn technologietransfer streeft VIB ernaar om onderzoeksresultaten te vertalen in nieuwe economische activiteit en in producten ten dienste van de consument en de patiënt. VIB ontwikkelt en verspreidt een breed gamma aan wetenschappelijk onderbouwde informatie over alle aspecten van de biotechnologie. Meer info op www.vib.be.

V.U.: Jo Bury, VIB vzw, Rijvisschestraat 120, 9052 Gent februari 2014

facts series Papaja

2

facts series Virus-resistente papaja in Hawaï: de reddingsboei van de lokale papaja-industrie

Inhoud 1.

De papajateelt en het papaja-ringspotvirus

De papajateelt wereldwijd onder vuur De papaja-industrie op Hawaï

2.

Genetic engineering als bescherming van de oogst

6 6 8

13

De aanloop naar een succesverhaal Het wapen gebruikt als verdediging Een nieuw kenmerk en een nieuwe variëteit De kracht van biotechnologie

13 13 14 18

3.

19

Een ontwikkeling van de publieke sector

Octrooi overgedragen aan de lokale papaja-organisatie Goedgekeurd voor milieu en consumptie

19 20

4.

Economische aspecten van de Hawaïaanse papaja

21

Canada en Japan verdelen de papaja’s De GGO-papaja in Japan

21 23

5.

24

De biotech-papaja buiten Hawaï

De Hawaïaanse technologie verspreidt zich China neemt heft in eigen handen

24 25

6. Besluit

26

facts series

3

Papaja

1

Samenvatting Papaja wordt voornamelijk geteeld in tropische en subtropische regio’s. Het vormt een belangrijk bestanddeel van het dieet in ontwikkelingslanden. Het is ook de bron van het enzym papaïne dat gebruikt wordt in de farmaceutische en voedingsindustrie. Sinds verschillende decennia wordt de wereldwijde productie van papaja’s bedreigd door de ringvlekkenziekte veroorzaakt door het papaja ‘ringspot’ virus (PRSV). PRSV werd voor het eerst gesignaleerd in de Amerikaanse staat Hawaï­in 1945. Sindsdien brak de ringvlekkenziekte uit in alle delen van de wereld waar papaja geteeld wordt. Hawaï­staat in voor slechts 0,1% van de wereldwijde papajaproductie. Toch zal het steeds geassocieerd blijven met de vrucht dankzij het pionierswerk in de ontwikkeling van een PRSV-resistente papaja. Om te ontsnappen aan het PRSV werd de papajateelt in Hawaï­initieel verlegd van het eiland Oahu naar Puna. Begin jaren 1990 werd echter ook daar het PRSV vastgesteld. Tussen 1992 en 1997 daalde de papajaproductie met meer dan 30% en was de lokale papajateelt ten dode opgeschreven. Onderzoekers van Cornell University (VS) en de Universiteit van Hawaï­ontwikkelden een genetisch gewijzigde papajavariëteit die resistent is tegen PRSV. Door een opmerkelijk efficiënte ontwikkelings- en toelatingsprocedure konden de GGO-papaja’s al in 1998 geïntroduceerd worden. In amper vier jaar tijd herstelde de papajaproductie zich tot het niveau van voor de PRSV-infectie. De Hawaïaanse­papajateelt was gered. Ondertussen exporteert Hawaï­zijn biotech-papaja’s naar Canada en Japan. Door de specificiteit van het virus en van het virus-resistentiemechanisme zijn de Hawaïaanse­GGO-papaja’s vooral resistent tegen het Hawaïaanse­PRSV. De ontwikkeling heeft echter alle papajatelende landen gestimuleerd en geïnspireerd om op een gelijkaardige manier virus-resistente papaja’s te ontwikkelen voor de lokale markt. Resistente papaja’s zijn intussen ontwikkeld in Brazilië, Taiwan, Jamaica, Indonesië, Maleisië, Thailand, Venezuela, Australië en de Filippijnen. Sinds 2007 teelt ook China door hen zelf ontwikkelde PRSV-resistente GGOpapaja’s. Het GGO-papaja-areaal besloeg 3550 ha in 2007 en steeg tot 6275 ha in 2012, meer dan 60% van het Chinese papaja-areaal.

facts series Papaja

4

Feiten en cijfers

• Wereldwijd werd in 2011 bijna 12 miljoen ton aan papaja geproduceerd op iets meer dan 420 000 ha, goed voor een marktwaarde van 200 miljoen US dollar. Van al het verhandeld fruit is papaja op wereldschaal de derde belangrijkste. • Papaja wordt geteeld in ongeveer 60 landen, vooral in ontwikkelingslanden, met India als leider gevolgd door Brazilië, Indonesië­, Nigeria en Mexico. • Niettegenstaande dat Hawaï­instaat voor slechts 0,1% van de globale papajaproductie en papaja slechts de vijfde grootste teelt is in Hawaï­, is Hawaï­wereldleider op vlak van onderzoek naar en ontwikkeling van papaja’s. • Het papaja-ringspotvirus (PRSV) veroorzaakt de meest verspreide en meest destructieve ziekte in de papajateelt. De  ringvlekkenziekte leidt tot ernstige kwaliteits- en opbrengstverminderingen en kan zelfs leiden tot volledig verlies van de oogst. • In 1992 werd PRSV ontdekt in commerciële boomgaarden in Puna, het belangrijkste papaja producerende gebied in Hawaï­. Het virus verspreidde zich razendsnel en tegen 1998 was de papajaproductie in Puna bijna gehalveerd. • De publieke sector anticipeerde op het vernietigend effect van PRSV. Onderzoekers van de Universiteit van Hawaï­en van Cornell ontwikkelden genetisch gewijzigde papaja’s resistent tegen PRSV. • De virus-resistente GGO-papaja werd in 1998 voor teelt toegelaten in de Verenigde Staten. In vier jaar tijd had de biotechpapaja de achteruitgang van de Hawaïaanse­papaja-industrie gestopt en de productie teruggebracht op het niveau van voor de PRSV-intrede. • In 2009 werd de virus-resistente ‘Rainbow’ papaja geteeld op ongeveer 676 hectares in Hawaï­, 77% van het papaja-areaal. • Canada zette in 2003 het licht op groen voor de import van de Hawaïaanse­GGO-papaja’s, Japan volgde in 2011. • China ontwikkelde een eigen virus-resistente GGO-papaja. In 2007 werd deze papaja voor het eerst geteeld op 3550 ha. Vijf jaar later groeide dit areaal tot 6275 ha. In de provincie Guangdong, de belangrijkste papaja producerende regio in China, is er een adoptie van 95%.

facts series

5

Papaja

1

De papajateelt en het papaja-ringspotvirus Wereldwijd wordt bijna 12 miljoen ton aan papaja­geproduceerd. De productie in de Verenigde­Staten neemt slechts 0,1% van de wereldproductie in. Toch zal de staat Hawaï steeds in één adem vernoemd worden met de papaja­teelt en -onderzoek. Hawaï ontwikkelde en introduceerde immers met succes de eerste genetisch gewijzigde virus-resistente papaja­’s.

De papajateelt wereldwijd onder vuur Papaja­wordt in de tropen op grote schaal geteeld. De vruchten zijn niet alleen een grote bron van antioxidanten, vitaminen en mineralen, ze zijn ook de bron van papaïne­. Dit enzym wordt gebruikt in verschillende industriële processen (bv. soepel maken van leer) alsook voor de productie van farmaceutische producten en cosmetica (bv. behandelen van littekens).1 In 2011 werd wereldwijd 11,8 miljoen ton aan papaja­geproduceerd, goed voor een marktwaarde van 200 miljoen­US dollar.2 Papaja­­ wordt geteeld in ongeveer 60 landen, vooral in ontwikkelings­ landen. India is met een areaal van meer dan 100 000 ha en een productie van bijna 4,2 miljoen ton de absolute leider. Qua productie wordt India gevolgd door Brazilië (1,8 miljoen ton), Indonesië (0,96 miljoen ton), Nigeria (0,71 miljoen ton) en Mexico (0,63 miljoen ton).2 Van al het verhandeld fruit op wereldschaal is papaja­de derde belangrijkste. De wereldwijde papaja­ -industrie wordt bedreigd door twee grote problemen. Verliezen na de oogst te wijten aan schimmelinfecties en/of mechanische beschadiging van de vruchten veroorzaken economische schade. Vaak is de gebrekkige infrastructuur in de tropen (gebrek aan gekoelde stockage en afwe-

facts series Papaja

6

zigheid van wegennet) de achterliggende oorzaak. Echter hét grootste probleem dat zich situeert in de papaja­teelt is het papaja-­ ringvlekkenvirus (in het Engels ‘papaya ringspot virus’ of afgekort PRSV). Dit plantenvirus komt wereldwijd voor overal waar papaja­geteeld wordt.3 Het veroorzaakt een drastische verlaging van de opbrengst en kan in het ergste geval volledige papaja­plantages vernietigen. De naam ‘ringspot’ komt van de ringvormige vlekken die de ziekte veroorzaakt op de vruchten van geïnfecteerde papaja­­ planten (Figuur 1).3 PRSV vernietigt de fotosynthetische capaciteit4 van de bladeren.5 Besmette planten ontwikkelen een hele reeks symptomen: de bladeren verbleken en vergelen, de planten blijven klein en missen een algemene groeikracht. Wanneer de infectie gebeurt tijdens de eerste maanden na het planten, produceren de papaja­’s op latere leeftijd meestal geen vruchten. Infectie van oudere planten zorgt voor een vertraging en een vermindering van de vruchtzetting. De vruchten zijn daarenboven kleiner, gevlekt en hebben lagere suikerconcentraties waardoor de kwaliteit van de papaja­’s drastisch naar beneden gaat.

Figuur 1. Het papajaringspotvirus veroorzaakt ringvormige vlekken op de geïnfecteerde papaja’s.

1 Evans EA, Ballen FH (2012). An overview of global papaya production, trade and consumption. EDIS document FE913. Beschikbaar via http://edis.ifas.ufl.edu/pdffiles/ FE/FE91300.pdf 2 FAOSTAT. Beschikbaar via http://faostat.fao.org/site/567/default.aspx#ancor 3 Gonsalves D (1998). Control of papaya ringspot virus in papaya: a case study. Annual Review of Phytopathology 36, 415-437. 4 Fotosynthese is het biochemisch proces waarbij planten energie uit zonlicht omzetten naar suikers. 5 Lius S et al. (1997). Pathogen-derived resistance provides papaya with effective protection against papaya ringspot virus. Molecular Breeding 3, 161-168.

PRSV is een virus dat voornamelijk verspreid wordt door bladluizen.6,7 Bij het opnemen van plantensap uit een geïnfecteerde plant nemen bladluizen ook viruspartikels op. Tijdens het bezoek aan gezonde planten zuigen de bladluizen opnieuw plantensap op en

komen de virussen­in de gezonde plant terecht. Om verspreiding tegen te gaan worden papaja­­plantages­ behandeld met aphiciden­(insecticiden­die werken tegen bladluizen) en worden aangetaste planten onmiddellijk vernietigd.8,9

PAPAJA – DE BOTANISCHE DETAILS

Papaja­’s (Carica papaya L.) groeien het best in warme, vochtige, tropische gebieden en zijn afkomstig uit de tropische regio’s van Zuid-Mexico tot de Andes in Zuid-Amerika.10 Volgens de botanische kenmerken zijn papaja­’s geen bomen maar meerjarige kruidachtigen.11 Ze worden tussen de zes à negen meter groot en bestaan uit één enkele stam (zie foto). Papaja­­planten kunnen tot 10 jaar productief blijven maar in de meeste commerciële plantages worden de bomen om de drie jaar vervangen.11 Afhankelijk van de papaja­­variëteit en de omstandigheden start de vruchtzetting van papaja­’s tussen de 6 en 12 maanden na planten. De vruchten zelf hebben 5 tot 9 maanden tijd nodig om volledig te ontwikkelen.11 Het is dus mogelijk om papaja­’s in één jaar tijd te oogsten en ieder jaar opnieuw aan te planten. Om werk en de aankoop van nieuw plantenmateriaal te sparen wordt zo’n eenjarige teelt enkel toegepast wanneer ziekten en plagen een meerjarige teelt onmogelijk maken. PLANTENVIRUSSEN

Virussen bestaan uit een hoeveelheid erfelijk materiaal (DNA of RNA12) dat verpakt zit in een omhulsel van eiwitten (mantel­ eiwitten). Ze kunnen zich alleen vermeerderen in door hen geïnfecteerde cellen en hebben de moleculaire machinerie van de geïnfecteerde cel nodig om hun erfelijk materiaal alsook de manteleiwitten te vermeerderen. Er bestaan veel verschillende soorten virussen. Sommige besmetten dieren, terwijl andere planten of bacteriën infecteren. Plantenvirussen zijn ofwel staafvormig (zoals het papaja­-ringspotvirus) of bolvormig. Ze kunnen sterk verschillen van grootte maar de grootste plantenvirussen zijn nog steeds uiterst klein (een duizendste van een millimeter). In een typisch infectieproces van dierlijke of bacteriële cellen hecht het virus zich aan een cel om vervolgens zijn erfelijk materiaal te injecteren of om met de gastheercel te versmelten. Plantencellen hebben echter robuuste celwanden die plantenvirussen­ zonder hulp niet kunnen doordringen. Plantenvirussen worden dan ook vooral bij beschadiging of door een ander organisme zoals bladluizen overgedragen. De eerste stap in de infectie is de ontmanteling van het virus.13 Aan één zijde wordt een paar tientallen manteleiwitten verwijderd waardoor het erfelijk materiaal gedeeltelijk bloot komt te liggen. Dat erfelijk materiaal wordt herkend door de ribosomen van de plant. Ribosomen zijn speciale ontcijferingsmachines die de boodschappen verborgen in het erfelijk materiaal van het virus vertalen naar de productie van eiwitten. Terwijl de ribosomen het erfelijk materiaal van het virus vertalen, wordt het virus tegelijk verder ontmanteld.13 Op die manier worden nieuwe manteleiwitten gemaakt en worden andere eiwitten gemaakt nodig voor de vermenigvuldiging van het virus. Het virus geeft de geïnfecteerde cel dus de opdracht om nieuwe virussen te maken. Eens het erfelijk materiaal van het virus voldoende vermenigvuldigd is en er voldoende mantel­ eiwit is geproduceerd, wordt het erfelijk materiaal terug ingekapseld door de manteleiwitten. De nieuw gevormde virussen infecteren op hun beurt nieuwe cellen en als de infectie niet gestopt wordt, kan dit tot de dood van de gastheer leiden.

6 Kalleshwaraswamy CM, Krishna Kumar NK (2008). Transmission efficiency of papaya ringspot virus by three aphid species. Phytopathology 5, 541-546. 7 Tripathi S et al. (2008). Papaya ringspot virus-P: characteristics, pathogenicity, sequence variability and control. Molecular Plant Pathology 9, 269-280. 8 Tecson Mendoza EM (2008). Recent advances in the development of transgenic papaya technology. Biotechnology Annual Review 14, 423-462. 9 Hou L et al. (2012). Farmer’s knowledge on GM technology and pesticide use: evidence from papaya production in China. Journal of Integrative Agriculture 11, 2107-2115. 10 http://www.fruit-crops.com/papaya-carica-papaya/ 11 Morton JF (1987). Papaya. p. 336–346. In: Fruits of warm climates. Published by Julia F. Morton, Miami, FL. Beschikbaar via http://www.hort.purdue.edu/newcrop/morton/papaya_ars.html 12 RNA of ribonucleïnezuur is net zoals DNA opgebouwd uit een lange keten van nucleotiden. In hogere organismen (zoals planten en dieren) wordt het vooral gebruikt om de informatie die opgeslagen ligt in het DNA over te brengen naar de productie van eiwitten. In afwezigheid van DNA zoals bij vele plantenvirussen kan RNA ook dienen als drager van de erfelijke informatie. Het kan voorkomen onder de vorm van één of twee strengen. 13 Fitchen JH, Beady RN (1993). Genetically engineered protection against viruses in transgenic plants. Annual Review of Microbiology 47, 739-763.

facts series

7

Papaja

1 HET PAPAJA-RINGSPOTVIRUS – DE MOLECULAIRE DETAILS

PRSV behoort tot de familie van de potyvirussen, de grootste en economisch meest belangrijke­ plantenvirusfamilie.14,15 Ongeveer 30% van alle plantenvirussen behoren tot deze familie. Van PRSV bestaan er twee types. Het type P (papaja­-infecterend) veroorzaakt de ringvlekkenziekte bij papaja­, terwijl het type W (watermeloen-infecterend) vooral economische schade veroorzaakt binnen de komkommerfamilie.16 Het papaja­-ringspotvirus dat voor het eerst beschreven is in 1949 na de grote schade op Hawaï­werd PRSV-HA gedoopt en is een typisch type P-virus.16 Elektronenmicroscopische Potyvirussen zijn RNA-virussen (zie kaderstuk ‘Plantenvirussen’, pagina 7). Het genomisch opname van potyvirussen. RNA bestaat uit één streng van 10 326 nucleotiden­en codeert voor één groot polypeptide van 3340 aminozuren.17,18 Dat polypeptide wordt vervolgens geknipt tot 11 functionele eiwitten.15 Het RNA zit verpakt in een mantel die bestaat uit ongeveer 2000 kopijen van éénzelfde manteleiwit.18,19 PRS-virussen zijn ultrakleine draadvormige structuren met een diameter van ongeveer 12 nm 20 en een lengte van 760-800 nm.17 De moleculaire karakterisatie van PRSV is in de laatste decennia zo gevorderd dat het virus maar weinig geheimen meer kent voor plantenvirologen. Ook de RNA-sequentie en dus de genetische informatie van de PRS-virussen die voorkomen op Hawaï­en Taiwan zijn volledig gekend.17,18

me genomisch rna

Illustratie van een draadvormig potyvirus. Het genomisch RNA is omgeven door manteleiwitten (ME)

De papaja-industrie op Hawaï­ De papaja­ productie van de Verenigde Staten­staat in vergelijking met de grote producenten op een laag pitje. De plantages bevinden zich allemaal in de staat Hawaï­. Volgens de nationale statistieken was het Hawaïaanse­papaja­-areaal in 2011 iets groter dan 800 ha waarvan er 526 ha papaja­­bomen geoogst werden.2,21,22 Met een opbrengst van 24,7 ton per ha produceerde Hawaï­in 2011 dus bijna 13 000 ton aan papaja­’s. Met deze cijfers staan de Verenigde Staten slechts in voor 0,1 % van de wereldwijde papaja­productie. Ondanks­ de kleine schaal is de papaja­voor de landbouwers in Hawaï­van groot belang en vormt het lokaal de vijfde grootste teelt. In 2011 telde Hawaï­172 papaja­telers, wat

facts series Papaja

8

neerkomt op een gemiddeld areaal van 4,7 ha per bedrijf.21 Op Hawaï­werd PRSV omstreeks 1945 ontdekt op het eiland Oahu, toen de belangrijkste papaja­producerende Hawaïaanse­ regio.3 Vijf jaar later werd de productie van Oahu verlegd naar de Puna-streek op het hoofdeiland Hawaï­, die tot dan nog geen commerciële papaja­productie kende maar waar PRSV niet heerste. Het papaja­-­areaal op Puna nam gestaag toe van 260 ha in 1960 tot 910 ha in 1990. Het contrast met het besmette Oahu was significant want daar nam het areaal af van 200 ha in 1940 naar slechts 20 ha in 1990.3

14 Provvidenti R, Hampton RO (1992). Sources of resistance to viruses in the Potyviridae. Arch Virol Suppl 5, 189-211. 15 Chung BY-W et al. (2008). An overlapping essential gene in the Potyviridae. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 105, 5897-5902. 16 Bateson MF et al. (2002). On the evolution and molecular epidemiology of the potyvirus Papaya ringspot virus. Journal of General Virology 83, 2575-2585. 17 Yeh SD et al. (1992). Complete nucleotide sequence and genetic organization of papaya ringspot virus RNA. Journal of General Virology 73, 2531-2541. 18 Wang CH, Yeh SD (1997). Divergence and conservation of the genomic RNAs of Taiwan and Hawaii­strains of papaya ringspot potyvirus. Arch Virol 142, 271-285. 19 Riechmann JL et al. (1992). Highlights and prospects of potyvirus molecular biology. Journal of General Virology 73, 1-16. 20 1 nanometer (nm) is één miljoenste van een millimeter. 21 USDA National Agricultural Statistics Service. Hawaii­Farm Facts, July 2012. Beschikbaar via http://www.nass.usda.gov/Statistics_by_State/Hawaii/Publications/ Fruits_and_Nuts/annpapFF.pdf 22 USDA National Agricultural Statistics Service. Data te raadplegen via http://www.nass.usda.gov/Statistics_by_Subject/index.php?sector=CROPS

oahu

kauai

honolulu

hawaï

molokai

lanai

maui

puna

hawaï

Tot verbazing van iedereen bleef Puna voor meer dan 30 jaar gevrijwaard van PRSV. Het geografisch verschuiven van een teelt om proberen te ontsnappen aan virusinfecties is inderdaad effectief op korte termijn. Virussen bewegen echter­mee met de teelt. Slechts één PRSV-besmette bladluis of papaja­is voldoende om vroeg of laat ook de nieuwe teelt te besmetten. Het wordt dan ook steeds moeilijker om de teelten te verschuiven naar andere plaatsen. In 1992 werd PRSV ontdekt in de Puna papaja­ plantages. Op dat moment groeide 95% van alle Hawaïaanse­­papaja­’s op Puna.23 Vanuit de overheid werd onmiddel-

lijk een uitroeiings­ programma op punt gezet waarbij de planten uit besmette plantages­vernield moesten worden.3 Het virus bleef zich echter verspreiden en in 1994 gaf de Hawaïaanse­overheid toe dat de situatie oncontroleerbaar geworden was. In minder dan drie jaar was één derde van de Puna-plantages geïnfecteerd.3 In 1995 was de eerste schok in de productie merkbaar met een daling van 25% ten opzichte van 1994. Het volgende jaar daalde de productie terug met 10% (Figuur 2). In vier jaar tijd (1994-1998) daalde de opbrengst van 25,5 ton per ha naar 16,8 ton per ha, een daling van bijna 35%.21

In 1998 besliste de Amerikaanse overheid om de teelt van de genetisch gewijzigde papaja­­ variëteiten ‘Rainbow’ en ‘Sunup’ toe te laten op Hawaï­(voor meer details over de ontwikkeling van de GGO-papaja­­ verwijzen we naar Hoofdstuk 2, pagina 13). De ongeveer 250 papaja­­telers kregen daarmee een middel­om hun papaja­­oogsten te beschermen tegen PRSV. Deze GGO-papaja ’s die resistent zijn tegen PRSV leverden onmiddellijk resultaten. In een tijdspanne van vier jaar stopten ‘Rainbow’ en ‘Sunup’ niet alleen de dramatische achteruitgang van de papaja­­productie maar de productie keerde daarenboven terug naar het niveau van voor de PRSV-infectie (Figuur 2).21

figuur 2 Infectie van Hawaïaanse­papajaplantages met PRSV in 1992 heeft geleid tot een opmerkelijke productiedaling. De GGO-papaja bracht de opbrengst terug op het oude niveau. Sinds 2002 is er opnieuw een productiedaling merkbaar die te wijten is aan een blijvende afname van het papaja-areaal, afzetproblemen en ongunstige klimaatomstandigheden. Bron: National Agricultures Statistics Service (NASS).21

PRSV ontdekt op Puna

30000

2000 1800

introductie van de GGO-papaja

25000

1600 1400

20000

1200 15000

1000 800

10000

600

5000

productie verse papaja in ton: linkeras

200 0

areaal in hectare: rechteras

2010

2008

2006

2004

2002

2000

1998

1996

1994

1992

1990

1988

1986

0

400

23 Gonsalves D et al. (2012). Assaying for pollen drift from transgenic ‘Rainbow’ to nontransgenic ‘Kapoho’ papaya under commercial and experimental field conditions in Hawaii­. Tropical Plant Biology 5, 135-160.

facts series

9

Papaja

1 De introductie van de virusresistente papaja­­’s was een groot succes en in 1999 werden de ‘Rainbow’ en ‘Sunup’ GGOvariëteiten samen geteeld op 607 ha, ongeveer 50% van het papaja­-areaal in Hawaï­.24 In 2000 nam ‘Rainbow’ alleen al 54% van de geoogste arealen in en 40% van het totale papaja­-areaal op Hawaï­.25

Het aandeel van de GGO-papaja­daalde eerst om vanaf 2002 gestaag te blijven toenemen (Figuur 3). In 2009 (laatst beschikbare cijfers) had de GGO-papaja­ ‘Rainbow’ een aandeel van 76% van de geoogste percelen. Voor de niet GGOpapaja­­variëteit ‘Kapoho’ daalde dit van 49% in 2002 naar 9% in 2009.26

figuur 3 Het aandeel van de GGO-papaja ‘Rainbow’ uitgedrukt in hectare neemt toe zowel in totaal areaal (boven) als geoogst areaal (onder). Het aandeel van de GGO-papaja ‘Sunup’ zit vervat met niet-GGO variëteiten in ‘andere’. ‘Kapoho’ en ‘Sunrise’ zijn niet-GGO papaja’s. Bron: voor 2000-2008 Ref. 25 (/xpap01.pdf - /xpap08.pdf); voor 2009 Ref. 26.

800

figuur 3A Totaal areaal

700 600 500 400

kapoho

300

rainbow sunrise

200

andere

100 0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

500

figuur 3B Geoogst areaal

450 400 350 300 250 200

kapoho

150

rainbow sunrise

100

andere

50 0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

facts series Papaja

10

24 Ferreira SA et al. (2002). Virus coat protein transgenic papaya provides practical control of Papaya ringspot virus in Hawaii­. Plant Disease 86, 101-105. 25 National Agricultures Statistics Service (2001). Papaya Acreage Survey Results. http://www.nass.usda.gov/Statistics_by_State/Hawaii/Publications/Archive/xpap01.pdf 26 National Agricultures Statistics Service (2009). Hawaii papayas. Beschikbaar via http://www.nass.usda.gov/Statistics_by_State/Hawaii/Publications/Fruits_and_Nuts/papaya.pdf

Ondanks het succes van de GGO-papaja­ in het beschermen van papaja­­plantages tegen­PRSV, daalt de productie sinds 2002. Volgens Stephen Ferreira van het Departement Plant- en Milieuwetenschappen in Honolulu (Hawaï­ ) liggen verschillende oorzaken hiervan aan de basis.27 Tijdens de PRSV-crisis op Hawaï­ hebben andere landen de Hawaïaanse­ export overgenomen. Eens de productie hersteld was, ondervond Hawaï­echter problemen om haar vroegere markten aan te spreken. Om de export naar Canada en Japan te blijven onderhouden, was Hawaï­verplicht om de niet-GGO papaja­ ‘Kapoho’ te blijven produceren. De teelt van de virus­resistente papaja­’s verlaagde welis­waar de ziektedruk,28 maar toch werd de teelt van de niet-GGO papaja­’s steeds moeilijker. De grote productiedaling in 2002 is dan ook vooral te wijten aan het grote geoogste areaal van de PRSVgevoelige ‘Kapoho’ (Figuur 3B, pagina 10).

In januari 2003 zette Canada zijn deuren open voor de GGO-papaja­. Het effect op het geoogste areaal GGO- en niet-GGO papaja­is duidelijk merkbaar in (Figuur 3B, pagina 10). Sinds 2004 wordt er meer GGO‘Rainbow’ dan niet-GGO-‘Kapoho’ geoogst. Ook het totale areaal ‘Kapoho’ neemt gestaag af sinds 2004 (Figuur 3A, pagina 10). De tweede productieval in 2004 tot 2006 (Figuur 2 , pagina 9) is voornamelijk te wijten aan ongustige weersomstandigheden, te weinig regen in 2004 en 2005 en te veel regen in 2006.29 Zowel de GGO- als de niet-GGO papaja­produceerden opmerkelijk minder in 2004 (Figuur 3B, pagina 10). Niettegenstaande de forse productie­ dalingen sinds 2007 van de baan zijn, blijft de de Hawaïaanse­papaja­productie achteruit gaan (Figuur 2 , pagina 9). De verkoop van de Hawaïaanse­papaja­in de VS en in Canada­krijgt de laatste jaren grote con-

27 Persoonlijke e-mailcorrespondentie met Dr. Stephen Ferreira 28 Gonsalves D (2004). Transgenic papaya in Hawaii­and beyond. AgBioForum 7, 36-40. 29 National Agricultures Statistics Service (2004-2006). Hawaii­fruits. Annual summary. Beschikbaar via http://www.nass.usda.gov/Statistics_by_State/Hawaii­/Publications/Archive/xfru04.pdf, http://www.nass.usda.gov/Statistics_by_State/Hawaii/Publications/Archive/xfru05.pdf, http://www.nass.usda.gov/Statistics_by_State/Hawaii­/Publications/Archive/xfru06.pdf

currentie van Brazilië.27 Bovendien blijft het grote probleem de afzetmogelijkheden van de GGO-papaja­en de wereldwijde terughoudendheid voor het eten van voedsel afkomstig van genetisch gewijzigde planten­. Het was wachten tot december­ 2011 vooraleer Japan na het uitvoeren van een voedselveiligheidsanalyse de import van de ‘Rainbow’ GGO-papaja­goedkeurde­. Het initieel optimisme ebde echter vlug weg. De traditionele groothandelaars en distributeurs wilden immers­hun reputatie­ niet op het spel zetten door GGO-papaja­ aan te bieden.27 Er werd een alter­natieve distributielijn opgezet maar na drie verschepingen stopte ook deze export­ .27 Momenteel doet de Hawaïaanse­­papaja­industrie grote inspanningen om de export naar Japan vlot te trekken maar hoogstwaarschijnlijk zal het nog enkele­jaren duren vooraleer de GGO-papaja­volledig­ ingeburgerd geraakt.

facts series

11

Papaja

1 PAPAJAVARIËTEITEN IN HAWAÏ­

Papaja­is gekend voor zijn groot aantal variëteiten. Deze variëteiten verschillen in grootte, smaak, kleur van het vruchtvlees en zijn aangepast aan lokale klimaat- en bodemomstandigheden. Zo teelt ieder land zijn eigen selectie papaja­’s. De Hawaïaanse­­ papaja­’s zijn meestal peervormig, geel of rood van vruchtvlees en wegen ongeveer 450 g per stuk. Dit in tegenstelling tot de Mexicaanse papaja­’s die veel groter zijn (tot 40 cm) en makkelijk meer dan 5 kg per stuk kunnen wegen. Op Hawaï­zijn de meest geteelde variëteiten de volgende: • Kapoho (Solo): een peervormige papaja­rijk aan suiker met een groengele schil die tijdens het rijpen geel wordt. Het vruchtvlees is diepgeel en heeft perzik-meloen-achtige smaak. Kapoho is het standaard exportproduct maar deze variëteit is gevoelig voor PRSV. • Sunrise/Sunup: de Sunrise variëteit is lokaal gekend onder de naam ‘aardbei-papaja­’. Bij rijpheid hebben de vruchten een gele schil met intens rood-oranje vruchtvlees. De Sunup variëteit is resistent tegen PRSV en is de genetisch gewijzigde variant van Sunrise. • Rainbow: een kruisingsproduct van Kapoho Solo met het gele vruchtvlees en Sunup met het rode vruchtvlees. Rainbow is genetisch aangepast zodat de papaja­variëteit resistent is tegen het PRSV. Het is de meest populaire variëteit onder de consumenten en wordt ook het meest geteeld op het eiland Hawaï­alsook op de andere eilanden Oahu en Kauai. Qua uitzicht lijken de vruchten sterk op de Kapoho papaja­’s met goudgeel vruchtvlees. • K amiya/Laie Gold: Kamiya is in vergelijking met de vorige variëteiten ronder en groter. Ze wordt enkel geteeld op Oahu voor lokaal gebruik en net zoals Sunrise heeft het vruchtvlees een oranje kleur. Laie Gold, die resistent is tegen PRSV, is de genetisch­gewijzigde variant van Kamiya. Bron: http://www.Hawaii­papaya.com/info.htm#why

Een voorbeeld van de Mexicaanse papaja’s die veel groter zijn dan de papajavariëteiten die geteeld worden op Hawaï­ .

facts series Papaja

12

2. Genetic engineering als bescherming van de oogst De papaja­producerende regio Puna op het eiland Hawaï­kon tot 1992 gevrijwaard worden van het vernielende papaja­-ringspotvirus. Wetenschappers van de universiteiten van Cornell (VS) en van Hawaï­zagen het gevaar op Puna afkomen en anticipeerden. In 1984 startten ze de ontwikkeling van een genetisch gewijzigde papaja. Deze GGO-papaja werd resistent gemaakt tegen het PRSV door de activatie van het immuunsysteem van de plant.

De aanloop naar een succesverhaal Om voorbereid te zijn op PRSV-infecties in Puna startten de universiteit van Cornell­(onderzoeksgroep rond Dennis­ Gonsalves­ ) samen met de universiteit van Hawaï­(onderzoeksgroep rond Richard­Manshardt) in 1979 een onderzoeksprogramma op. Met dit programma wilden ze de mogelijkheden van kruisbescherming nagaan.3 Kruisbescherming is een methode waarbij planten doelbewust geïnfecteerd worden met milde virussen.

Deze virussen veroorzaken meestal geen ziekte maar activeren een verdedigings­ mechanisme van de plant waardoor latere­infecties van virussen die verwant zijn aan het milde virus beter opgevangen kunnen worden. De kruisbescherming tegen­PRSV kende echter amper succes­.3 Cruciaal in deze methode is immers de beschikbaarheid­van zo’n mild virus dat op een effectieve manier bescherming kan bieden tegen PRSV. Bij sommige

papaja­variëteiten slaagde men om een matige resistentie te creëren waarbij vooral het ziekteproces uitgesteld kon worden, maar in vele gevallen was deze resistentie te zwak of veroorzaakte het milde virus­toch nog bepaalde ziektesymptomen. Bovendien vraagt deze manier van bescherming­extra inspanningen van de teler en een zeer goede opvolging, waardoor de methode­praktisch niet haalbaar leek.

Het wapen gebruikt als verdediging In begin jaren 1980 ontdekten onderzoekers van Washington University dat resistentie­tegen plantenvirussen kon verkregen worden door een manteleiwit van het virus (zie kaderstuk ‘Planten­ virussen’, pagina 7) te laten aanmaken door de planten zelf.30 Dit fenomeen werd manteleiwit-gemedieerde resistentie gedoopt. Oorspronkelijk was het gissen­ naar het achterliggende werkingsmechanisme maar uiteindelijk werd het duidelijk dat de resistentie te wijten was aan ‘post-transcriptionele gene silencing’.31 Deze moeilijke begrippen vragen om extra duiding die gegeven wordt in het kaderstuk ‘RNA en gene-silencing’, pagina 32. De papaja-onderzoekers baseerden zich op deze nieuwe technologie-ontwikkeling en beslisten om het manteleiwit van

het PRSV HA 5-1 te produceren in papaja. PRSV HA 5-1 was de milde virusvariant van het sterke PRSV HA virus die gebruikt werd tijdens de kruisbeschermingsexperimenten (zie vorige paragraaf). Het HA 5-1 gen werd op een mechanische manier in de papaja­variëteit ‘Sunrise’ gebracht (zie kaderstuk ‘Agrobacterium­ versus het genenkanon’, pagina 17). Om onderscheid te maken met de niet-GGO ‘Sunrise’ werd de genetisch gewijzigde variëteit ‘Sunup’ gedoopt. Twee jaar later konden de genetisch gewijzigde ‘Sunup’ papaja’s getest worden in het labo. Uit deze test bleek dat de transgene papaja’s volledig beschermd waren tegen het milde PRSV HA 5-1 virus maar ook tegen­het sterke PRSV HA virus dat aanwezig is op Hawaï­. De bescherming tegen PRS-virussen van

buiten Hawaï­was veel onvoorspelbaarder en bleek afhankelijk te zijn van de leeftijd waarop de papaja­planten geïnfecteerd werden, de gelijkenis­met het PRSV HA 5-1 virus en de hoeveelheid viraal RNA (zie Kaderstuk ‘RNA en gene-silencing’, pagina 32) die geproduceerd werd in de plant.31 De ‘Rainbow’ variëteit (zie pagina 14) die minder viraal RNA produceert dan ‘Sunup’ was enkel beschermd tegen sommige PRS-virussen van buiten Hawaï­ op late leeftijd, terwijl ‘Sunup’ al op jonge leeftijd beschermd was tegen een breder gamma aan PRS-virussen. Maar ondanks de grote hoeveelheid HA 5-1 RNA in ‘Sunup’ bleef ze gevoelig voor virussen die te veel van PRSV HA 5-1 verschilden (voor meer informatie zie Kader­stuk ‘RNA en genesilencing’, pagina 32).31

30 Powell Abel P et al. (1986). Delay of disease development in transgenic plants that express the tobacco mosaic virus coat protein gene. Science 232,738-743. 31 Tennant P et al. (2001). Papaya ringspot virus resistance of transgenic Rainbow and SunUp is affected by gene dosage, plant development, and coat protein homology. European Journal of Plant Pathology 107, 645-653.

facts series

13

Papaja

2 In 1992, het jaar waarin de eerste PRSVinfecties­merkbaar waren in Puna, werden­ de GGO-papaja’s voor het eerst getest in het veld. Hiervoor werd het zwaar besmette­eiland Oahu gekozen. Ook in het veld bleken de Sunup GGO-papaja’s gedurende een tweejarige veldproef volledig beschermd te zijn tegen PRSV, terwijl de niet-GGO papaja’s Sunrise en Kapoho­ al na 77 dagen de eerste symptomen vertoonden­.3

Toen in 1997 de volledige Puna-regio besmet­was met PRSV stonden de autoriteiten­voor een belangrijk dilemma. Ofwel­werden alle papajaplantages in Puna gerooid en ging men op zoek naar een andere niet-besmette streek op het eiland Hawaï­om daar de papaja­productie vanaf nul op te bouwen; ofwel gaf men de genetisch gewijzigde papaja­een kans.

Een nieuw kenmerk en een nieuwe variëteit De virusresistentie werd initieel binnengebracht in de roodvlezige ‘Sunrise’ variëteit. Op dat moment was de dominante papaja­in de Puna-streek echter de gele ‘Kapoho’ papaja­. Om de telers ook een virus­ -resistente papaja­te geven met geel vruchtvlees werd de GGO ‘Sunup’ papaja­gekruist met de niet-GGO ‘Kapoho’ variëteit. De hybride die hieruit voorkwam was niet alleen virus-resistent maar er was ineens een nieuwe variëteit geboren, namelijk ‘Rainbow’. Voor een overzicht van de verschillende papaja­-variëteiten verwijzen we naar het kaderstuk ‘Papaja­ variëteiten in Hawaï’ op pagina 12.

facts series Papaja

14

In een twee jaar durende veldproef in de Puna-streek werd de niet-GGO papaja­ ‘Sunrise’ zwaar aangetast. De opbrengst per oogstbeurt van de niet-GGO papaja­ daalde van 419 kg/ha naar 56 kg/ha in anderhalf jaar tijd. Op jaarbasis werd een productie gehaald van 5,6 ton per ha. De GGO-papaja­‘Rainbow’ daarentegen bleef gedurende de volledige proef ziektevrij, produceerde constant meer dan 2000 kg per ha per oogstbeurt en tikte af op 112 ton per ha per jaar.24 De telers waren bovendien positief verrast door de bijkomende eigenschappen van de nieuwe kruising. In vergelijking met de ‘Kapoho’ variëteit kon

‘Rainbow’ vroeger geoogst worden en gaf het een betere opbrengst.28 Het succes van de GGO-papaja­’s in Hawaï­is te wijten aan de virus-resistentie maar ook deels aan de nieuwe papaja­variëteit. In 1998 kregen de Hawaïaanse­papaja­ telers de toelating om de ‘Rainbow’ en ‘Sunup’ papaja­’s aan te planten. De telers stonden open voor de nieuwe ‘Rainbow’ variëteiten en plantten de transgene papaja­’s massaal aan. De achtergelaten besmette arealen konden terug in teelt gebracht worden, de papaja­-industrie in Puna was gered.

RNA EN GENE SILENCING figuur 4 Informatie vervat in het dubbelstrengig­DNA wordt eerst overgeschreven­ naar enkelstrengig­ RNA om vervolgens­vertaald te worden­in een eiwit.

dna

rna

Genetische informatie van alle organismen ligt vervat in de opeenvolging van nucleotiden­(zie Kaderstuk ‘Plantenvirussen’, pagina 7). Als virussen buiten beschouwing gelaten­worden, kan DNA als universele drager van erfelijke informatie beschouwd worden. Bij hogere organismen (plant, dier) bestaat DNA uit twee strengen (zie Figuur 4). Iedere cel van een welbepaald organisme bevat hetzelfde DNA. Echter niet in iedere cel is dezelfde informatie nodig. Zo moet een levercel andere eiwitten aanmaken dan een oogcel. Om van welbepaalde informatie naar de productie van een eiwit te komen, zijn twee stappen nodig (Figuur 4). Eerst wordt het stukje code (gen) dat nodig is voor de productie van een eiwit overgeschreven (transcriptie) naar RNA. Deze enkelstreng beweegt van de kern naar het cytoplasma van de cel waar de code vertaald wordt. RNA wordt omwille van deze reden vaak ‘boodschapper RNA’ genoemd. De vertaling (translatie) van het boodschapper RNA gaat gepaard met de productie van het eiwit waarvoor het oorspronkelijk stukje DNA codeert.

In dit schema speelt het RNA een cruciale rol. Indien het RNA afgebroken wordt vooraleer het kan vertaald worden, zal de boodschap vervat in het DNA nooit tot de productie van een eiwit leiden. Dit fenomeen wordt ‘Gene silencing’ genoemd, letterlijk het stilleggen van de functie van een gen door het uitschakelen van het overeenkomstige RNA. Dit fenomeen wordt van nature uit door planten gebruikt in hun verdediging eiwit eiwit tegen­virussen. Het verdedigingssysteem van de plant is gebaseerd op de aanwezigheid van dubbelstrengig RNA. Zoals reeds vermeld is het boodschapper RNA van de plant opgebouwd uit één streng. Wanneer het virale RNA in de plantencel vermeerderd wordt, zijn er dubbelstrengige RNAmoleculen aanwezig. Dit wordt door de plantencel als niet-eigen beschouwd en ter verdediging breekt ze de dubbelstrengige RNA’s af. Dit proces activeert een mechanisme dat ook alle gelijkaardige RNA-moleculen afbreekt, ook al komen ze voor als enkelstreng.32 RNA-silencing kan op deze manier gezien worden als een soort immuunsysteem dat werkt op het niveau van de genetische code.32 Niet iedere plant is even efficiënt in het uitvoeren van dit systeem en virussen proberen zich op hun beurt te verdedigen tegen deze aanval. Zo komt het dat papaja­van nature uit gevoelig is voor PRSV.

facts series

32 Voinnet O (2001). RNA silencing as a plant immune system against viruses. Trends in Genetics 17, 449-459.

15

Papaja

2 RNA EN GENE SILENCING: VERVOLG

Zowel de kruisbescherming van papaja­(zie pagina 13) als de manteleiwit-gemedieerde resistentie vinden hun oorsprong in dit RNA-afhankelijk silencing mechanisme.33 Bij kruisbescherming zal de initiële infectie met het milde virus het silencing mechanisme activeren. Bij een opeenvolgende infectie zal de plant in staat zijn om viraal RNA dat gelijkaardig is aan dat van het eerste virus af te breken en dus de infectie te stoppen. In de GGO-papaja­wordt het RNA silencing proces een beetje geholpen. Het mRNA voor het virale manteleiwit wordt in de plant in een grote hoeveelheid aangemaakt. Net zoals planten dubbelstrengig RNA beschouwen als vreemd materiaal en het daarom afbreken, reageren ze ook wanneer een bepaalde RNA-molecule in te grote hoeveelheden aanwezig is. Deze reactie werd voor het eerst opgemerkt in het onderzoek naar de bloemkleur van Petunia. Om een paarse bloemkleur nog intenser te maken, brachten Nederlandse en Amerikaanse onderzoekers extra pigmentgenen tot expressie.34,35 Tot hun verbazing kregen ze planten met minder intens gekleurde bloemen en in sommige gevallen werden er zelfs witte bloemen verkregen. De planten met witte bloemen hadden zodanig veel pigment-mRNA dat het RNA werd afgebroken vooraleer er pigmenten geproduceerd konden worden. Hetzelfde principe ligt aan de basis van de virusresistentie van de GGO-papaja­. Het mRNA dat codeert voor het virale manteleiwit wordt door de plant in grote hoeveelheden aangemaakt waardoor het silencing mechanisme in de plant wordt geactiveerd en waardoor het RNA van het virale manteleiwit afgebroken wordt (Figuur 5).

figuur 5 Schematische voorstelling van hoe de functie van boodschapper-RNA stilgelegd kan worden zodat er geen eiwit kan gevormd worden.

oorspronkelijk rna overgeproduceerde rna’s worden afgebroken translatie kleine rna’s kunnen binden met oorspronkelijk rna binding induceert rna silencing

functioneel eiwit

geen eiwit

facts series Papaja

16

33 Ratcliff FG et al. (1999). Gene silencing without DNA: RNA-mediated cross-protection between viruses. The Plant Cell 11, 1207-1215. 34 Van der Krol AR et al. (1990). Flavonoid genes in Petunia: addition of a limited number of gene copies may lead to a suppression of gene expression. The Plant Cell 2, 291-299. 35 Napoli C et al. (1990). Introduction of a chimeric chalcone synthase gene into Petunia results in reversible co-suppression of homologous genes in trans. The Plant Cell 2, 279-289.

RNA EN GENE SILENCING: VERVOLG

De onderzoekers die de GGO-papaja­’s ontwikkelden merkten in het labo dat hoe meer mRNA voor het manteleiwit er geproduceerd werd, hoe beter de plant weerstand bood tegen het virus.31 Carica papaya is een diploïde plantensoort, wat wil zeggen dat er van ieder gen twee vormen (allelen) aanwezig zijn. Als die twee vormen identiek zijn, spreekt men van een homozygoot kenmerk. Dit is het gemakkelijkst te vergelijken met de bloedgroep van de mens. De mens is ook een diploïde soort. Mensen met de bloedgroep O zijn homozygoot voor dit kenmerk: beide vormen van het bloedgroepgen hebben het kenmerk O (OO). De bloedgroep AB daarentegen wordt bepaald door het allel A en het allel B. De ‘Sunup’ papaja­is homozygoot voor het virusresistentiekenmerk, het heeft met andere woorden twee identieke allelen. Maar de ‘Rainbow’ papaja­is een kruisingsproduct tussen de GGO-papaja­‘Sunup’ en de niet-GGO ‘Kapoho’. Bijgevolg heeft ‘Rainbow’ slechts van één ouder (‘Sunup’) de virusresistentie meegekregen. ‘Rainbow’ produceert hierdoor minder mRNA voor het manteleiwit dan ‘Sunup’ en vertoont een kleinere bescherming tegen PRSV.31 Zoals eerder vermeld werkt het silencing proces op basis van dubbelstrengig RNA. Twee RNA-moleculen moeten dus binden met elkaar vooraleer het proces geactiveerd wordt (Figuur, pagina 16). Hoe meer die twee moleculen op elkaar gelijken hoe makkelijker en sterker ze kunnen binden met elkaar en hoe efficiënter het RNA-afbraakproces zal zijn. In Hawaï­werd het manteleiwit van het PRSV HA 5-1 gebruikt. De GGO-papaja­’s zijn beschermd tegen andere PRS-virussen zolang de DNA-code van het manteleiwit niet te sterk afwijkt van die van PRSV HA 5-1. Zo zag men dat de GGO-papaja­‘Sunup’ ook bestand was tegen PRS-virussen uit Jamaica en Brazilië. De bescherming tegen het Thaise PRSV was echter veel minder doeltreffend omdat de DNA-code van het Thaise PRSV minder sterk gelijkt op dat van PRSV HA5-1 in vergelijking met de Jamaicaanse en Braziliaanse virussen.31 AGROBACTERIUM VERSUS HET GENENKANON

Vandaag de dag zijn er verschillende methoden om planten genetisch te wijzigen. De meest gekende manier is door gebruik te maken van het natuurlijk­DNAoverdrachtsmechanisme van de bodembacterie Agrobacterium tumefaciens­. Deze bacterie infecteert in de natuur bepaalde gastheerplanten en brengt tijdens dat infectieproces een stukje van zijn eigen bacterieel DNA over naar de plantencel (Figuur 6). Het bewuste bacterieel-DNA wordt stabiel ingebouwd in het planten-DNA en het draagt de informatie voor de synthese van nopines, moleculen waar Agrobacterium zich mee voedt. Het is één van de meest intrigerende kunstjes in de evolutie: een bacterie verplicht een plant om zijn voedsel te produceren door de nodige informatie (‘het menu’) Agrobacterium tumefaciens cellen vastgehecht aan een plantencel in te bouwen in het DNA van de plant. In de loop van de jaren 1970 hebben moleculair­biologen in dit infectieproces de mogelijkheid gezien om Agrobacterium te gebruiken als DNA-postbode. Wanneer het stukje bacterieel-DNA (dat normaal ingebouwd wordt in de plant) vervangen wordt door informatie die de mens in een plant wil brengen, dan brengt Agrobacterium de voor de mens interessante informatie over naar de plant. figuur 6 Schematische voorstelling van het genoverdrachtsmechanisme van Agrobacterium tumefaciens. Naast het chromosomaal DNA heeft de bacterie een Ti-plasmide (voorgesteld door rode cirkel). De genetische informatie vervat in het T-DNA (blauw stukje) wordt door Agrobacterium overgebracht naar een plantencel waar het ingebouwd wordt in het DNA van de plant. Uit deze genetisch gewijzigde plantencel wordt dan een volledige plant gevormd. Deze plant is identiek aan de oorspronkelijke plant maar heeft een extra stukje genetische informatie.

chromosomaal dna t-dna

t-dna chromosoom ti plasmide

Agrobacterium tumefaciens

facts series

17

Papaja

2 AGROBACTERIUM VERSUS HET GENENKANON: VERVOLG

Naast deze biologische manier bestaat er ook een mechanische manier om DNA in planten­binnen te brengen. De belangrijkste is de ‘particle acceleration’ methode, soms ook wel ‘particle bombardment’ of het ‘genenkanon’ genoemd. Hiervoor worden minuscule­goudbolletjes bedekt met het DNA dat men in de plant wilt introduceren. Die goudbolletjes worden vervolgens onder hoge druk in het plantenweefsel ‘geschoten’. Het DNA dringt in sommige gevallen door tot in de celkern waar het in een aantal gevallen spontaan ingebouwd wordt in het DNA van de plant. Deze methode laat meer aan het toeval over, is minder efficiënt en in vele gevallen worden slechts stukken van het gewenste DNA in het planten-DNA ingebouwd. Om planten genetisch te wijzigen die niet geïnfecteerd kunnen worden door Agrobacterium is dit echter nog steeds de meest succes­volle manier. Via deze methode werden in de late jaren 1980 de Hawaïaanse­­ papaja­’s genetisch aangepast.36 Ondertussen zijn er procedures ontwikkeld om papaja­ genetisch te wijzigen met behulp van Agrobacterium.37 De GGO-papaja­’s die geteeld worden in China (zie pagina 25) zijn hier een voorbeeld van.38 Het genenkanon waarmee met DNA gecoate goudbolletjes in plantencellen geschoten kunnen worden.

Hoe geraakt men van een genetisch gewijzigde cel naar een genetisch gewijzigde plant? In tegenstelling tot mens en dier, hebben planten de unieke eigenschap dat ze uit één enkele plantencel een nieuwe plant kunnen maken. Wanneer men dus één plantencel genetisch kan wijzigen (met Agrobacterium­ of met het ‘genenkanon’) dan kan men hieruit een volledige, genetisch gewijzigde plant laten groeien. Soms gebeurt­dit spontaan, in de meeste gevallen moet het proces echter gestuurd worden door het toevoegen van plantenhormonen die zorgen voor de aanmaak van scheuten en wortels.39

De kracht van biotechnologie De ontwikkeling van de virus-resistente GGO-papaja­ ’s laat zien dat door het gebruik­van biotechnologie planten in bepaalde­gevallen op een efficiëntere manier kunnen verbeterd worden dan via conventionele plantenveredeling. Door het uitvoeren van kruisingen is men beperkt­tot de genetische informatie beschikbaar­binnen een plantensoort. In het geval van PRSV is genetische informatie die resistentie levert niet aanwezig in papaja­(Carica papaya).40 In de Vasconcellea­ papaja­is deze resistentie

facts series Papaja

18

tegen­het PRSV wel gekend. De Vasconcellea­ papaja­behoort­tot dezelfde plantenfamilie als de Carica­ papaja­ maar tot een ander genus­.41 Sinds 1958 probeert men om de PRSV-resistentie­uit Vasconcellea naar Carica over te brengen via intergenerische kruisingen (tussen genera).40 Dergelijke kruisingen­verlopen uiterst inefficiënt en vragen naast het ontwikkelen van speciale procedures en laboratoriumtechnieken vooral heel veel geluk. Gedurende meer dan 50 jaar kon men enkel onvruchtbare nakomelingen

genereren. Recent rapporteerden Filipijnse en Australische onderzoekers een eerste vruchtbare, klassiek veredelde Carica papaja­plant die resistent is tegen PRSV.40 Ondanks de uiterst belangrijke bijdrage die klassieke veredeling­gedaan heeft en in de toekomst zal blijven doen, kwam de klassieke veredeling voor de aangetaste Hawaïaanse­ papaja­plantages schromelijk te laat.

36 Fitch MMM et al. (1990). Stable transformation of papaya via microprojectile bombardment. Plant Cell Reports 9, 189-194. 37 Fitch MMM et al. (1993). Transgenic papaya plants from Agrobacterium-mediated transformation of somatic embryos. Plant Cell Reports 12, 245-249. 38 Chen G et al. (2001). Cloning of the papaya ringspot virus (PRSV) replicase gene and generation of PRSV-resistant papayas through the introduction of the PRSV replicase gene. Plant Cell Reports 20, 272-277. 39 Fitch MMM, Manshardt R (1990). Somatic embryogenesis and plant regeneration from immature zygotic embryos of papaya (Carica papaya L.). Plant Cell Reports 9, 320-324. 40 Siar SV et al. (2011). Papaya ringspot virus resistance in Carica papaya via introgression from Vasconcellea quercifolia. Euphytica 181, 159-168. 41 Genus of geslacht is een taxonomische indeling in de biologie. Zo behoren het paard en de ezel tot een andere soort maar wel tot hetzelfde genus. De Carica en Vasconcellea papaja’s zijn taxonomisch nog een stap verder van elkaar verwijderd.

3. Een ontwikkeling van de publieke sector De ontwikkeling van de virus-resistente GGO-papaja­was een belangrijke stap in de strijd tegen PRSV. De transgene papaja­bij de teler krijgen was echter minstens even belangrijk. Deze laatste stap behelsde het verkrijgen van licenties en de toelating voor zowel teelt als consumptie. Door een ongeziene efficiëntie en vooruitziendheid slaagde de Hawaïaanse­papaja­-organisatie erin om drie jaar na de eerste veldproef de GGOpapaja­zaden bij de telers te krijgen.

Octrooi overgedragen aan de lokale papaja-organisatie Wanneer een bepaalde innovatie, technologie of product ontwikkeld wordt, kan aan de ontwikkelaar een intellectueel eigendomsrecht worden toegekend. Hiervoor moet de ontwikkelaar of uitvinder een octrooi aanvragen bij de bevoegde instanties waarin hij haarfijn uitlegt welke uitvinding hij/zij gedaan heeft. Wanneer het octrooi wordt toegekend, geeft het de uitvinder het recht andere partijen te verbieden om het product te maken, te gebruiken, te importeren, te verkopen of het te koop aan te bieden. Deze bescherming geldt enkel in de landen waar het octrooi werd toegekend en duurt doorgaans 20 jaar. Het heeft voornamelijk tot doel om de uitvinder de mogelijkheid te bieden zijn investeringskosten terug te verdienen. Afhankelijk van het land waar het octrooi wordt aangevraagd, kan een octrooi genomen­worden op een product, technologie, methode, gebruik van moleculen, … Wanneer iemand voor commerciële doeleinden een beschermde technologie wil gebruiken of een beschermd product nodig heeft tijdens het ontwikkelingsproces, kan een overeenkomst (licentie) gesloten worden waarbij het product,

de  technologie of deel van de technologie toch gebruikt mag worden in ruil voor een (financiële) compensatie. Octrooien gelden echter niet wanneer het beschermd product gebruikt wordt voor onderzoeksdoeleinden*. De onderzoeksgroepen die de Hawaïaanse­GGOpapaja­ontwikkelden, konden dus vrij gebruik maken van geoctrooieerde technologie en/of genetische onderdelen. Dit vrij gebruik hield echter op toen de GGOpapaja­commercieel zou verdeeld worden­. Niettegenstaande de onderzoekers de intellectuele eigendomsrechten op de virus-resistente papaja­overdroegen aan het Papaja­Administratief Comité (PAC),42 kon het PAC de resistente GGO-papaja­ niet commercieel introduceren omdat bepaalde componenten en technologieën waarmee de GGO-papaja­ontwikkeld was, beschermd waren door andere partijen.43 PAC wou de mogelijkheid hebben om de transgene papaja’s kosteloos aan te bieden aan de lokale telers. Om dit te bekomen, moesten licenties verkregen worden op de beschermde onderdelen van het GGO-papaja­ productieproces. Meer specifiek ging het over het gebruik van de technologie om plantencellen via

beschietingen genetisch te wijzigen (zie kaderstuk ‘Agrobacterium vs het genenkanon’, pagina 18) en van de uitvinding om planten virus-resistent te maken door virusgenen tot expressie te brengen. Verder waren ook bepaalde genetische componenten zoals het gebruikte PRSV-manteleiwit, de selectiemerker (het antibioticum­ resistentiegen NPTII) en het GUS-­reportergen beschermd, alsook bepaalde sequenties (5’ UTR) voor een efficiënte expressie van de genen in planten.3 Om blijvende financiële tegemoetkomingen te voorkomen onder de vorm van royalties afhankelijk van het volume verdeeld planten­materiaal, wou PAC bovendien met een éénmalige bijdrage alle licenties bekomen­.43 Door de beperkte papaja­teelt in de VS, de crisis waarin de Hawaïaanse­papajaindustrie­zich verkeerde en het feit dat geen enkele octrooihouder zelf betrokken was in een onafhankelijke ontwikkeling van een PRSV-resistente papaja, was er een zekere ‘goodwill’ bij de octrooihouders en met de hulp van de USDA slaagde PAC er uiteindelijk in om alle licenties tegen redelijke voorwaarden te verkrijgen.3,43 PAC anticipeerde hierop

42 Het PAC is een organisatie die in het leven geroepen is door de USDA om de Hawaïaanse­papaja-industrie te helpen met de marketing van de papaja. 43 Goldman M (2007). The IP management of the PRSV-resistant papayas developed by Cornell University and the University of Hawaii­and commercialized in Hawaii­. In Intellectual Property Management in Health and Agricultural Innovation: A Handbook of Best Practices (eds. A Krattiger, RT Mahoney, L Nelsen, et al.). MIHR: Oxford, UK, and PIPRA: Davis, VS. Beschikbaar online via www.ipHandbook.org * De octrooiwetgeving in de Verenigde Staten is strikter dan in Europa, waardoor er soms beperkingen kunnen gesteld worden, zelfs voor onderzoeksdoeleinden.

facts series

19

Papaja

3 en vroeg al tijdens de onderhandelingsfase aan het Hawaï­aans landbouwkundig onderzoekscentrum (Hawaii­Agricultural Research Center) om de ‘Rainbow’-zaden te vermeerderen­. Eén maand nadat het laatste licentie-akkoord gesloten werd, had het onderzoekscentrum al voldoende zaden om 400 ha transgene papaja­ plantages aan te leggen.3 De zaden werden in mei 1998 door PAC gratis verdeeld onder de Hawaïaanse­papaja­telers.

Aan de gratis verdeling van de GGOpapaja­ ’ s werd er echter een aantal beperkingen opgelegd. Zo was de teelt van de Hawaïaanse­ GGO-papaja­ enkel toegelaten op Hawaï­. De papaja­’s zelf mochten wel verkocht worden buiten Hawaï­wat essentieel was voor de exportactiviteiten. 3 PAC verplichtte ook de telers om een bijscholingscursus te volgen rond de teelt van de GGO-papaja­.

© wikimedia commons:Ramon F. Velasquez

Goedgekeurd voor milieu en consumptie Voor het op de markt brengen van een genetisch gewijzigd gewas in de Verenigde­Staten moeten eerst de bevoegde instanties hun goedkeuring geven. Voor de GGO-papaja­was groen licht nodig van zowel APHIS (Animal and Plant Health Inspection Service), EPA (Environmental Protection Agency) als FDA (Food and Drug Administration). De bezorgdheid van APHIS lag vooral bij mogelijke effecten van de geproduceerde manteleiwitten op andere plantenvirussen en de aanwezigheid van kleine RNA’s als gevolg van het RNA silencing proces (zie Kaderstuk ‘RNA en gene silencing’ pagina 15). Een inkomend virus X zou de PRSV-manteleiwitten kunnen gebruiken waardoor virus X op een andere manier overgedragen zou kunnen worden. Alternatief zou het inkomend virus X het gen dat zorgt voor de productie van het PRSVmanteleiwit of een stuk van het gen kunnen­gebruiken waardoor er een nieuw virus kan ontstaan. Beide bezorgdheden konden weerlegd worden door het feit dat

facts series Papaja

20

de PRSV-manteleiwitten van nature aanwezig zijn in alle door PRSV-geïnfecteerde planten en dat er dus geen nieuwe situatie gecreëerd wordt. Een derde bezorgdheid was dat de nieuwe informatie verspreid kon worden naar wilde papaja­ rassen waardoor deze een selectief voordeel zouden krijgen en zouden kunnen gaan woekeren. In Hawaï­bestaan er echter geen wilde papaja­variëteiten en ook waar geen PRSV-infecties zijn, kan papaja­niet als een woekerende plant gezien worden. APHIS gaf zijn goedkeuring in november 1996.3 Volgens de definitie van het EPA zou het manteleiwit als een pesticide bestempeld moeten worden gezien het resistentie geeft tegen plantenvirussen. Het manteleiwit zou dus theoretisch alle risico-analyses moeten ondergaan voor een pesticide. Het manteleiwit is echter zoals eerder vermeld aanwezig in alle PRSV-geïnfecteerde papaja­’s die ondanks de vlekken op de vruchten geconsumeerd worden zonder dat er ooit gezondheids-

effecten gerapporteerd zijn.3 Bovendien lagen de concentraties van het mantel­ eiwit in de GGO-papaja­veel lager dan in geïnfecteerde niet-GGO papaja­ ’s. Ook argumenteerden de aanvragers dat er geen evidenties zijn dat manteleiwitten van welk plantenvirus dan ook allergene reacties zouden opwekken of andere negatieve invloeden zouden hebben op de volksgezondheid. In augustus 1997 zette EPA het licht op groen. Ook de FDA die vooral analyseerde in hoeverre de GGO-papaja­nutritioneel afweek van de niet-GGO papaja­gaf een positief advies om de biotech-papaja­te commercialiseren. Door deze toelatingsprocedures al op te starten voordat het gewas klaar was om op de markt te brengen, spaarde Hawaï­opnieuw tijd uit en in september­ 1997 waren alle noodzakelijke procedures positief afgerond.

4. Economische aspecten van de Hawaïaanse­papaja De Hawaïaanse­papaja­-industrie levert slechts 0,1% van de wereldwijd geproduceerde papaja­’s. Toch stond in 2012 de export van de papaja­’s in voor meer dan 23 miljoen US dollar. Canada en Japan zijn al decennialang de grootste afnemers.

Canada en Japan verdelen de papaja’s Het grootste deel van de Hawaïaanse­ export bestaat uit de virus-resistente ‘Rainbow’ en de niet-genetisch gewijzigde ‘Kapoho’ en ‘Sunrise’ papaja­ ’s. De Verenigde­Staten exporteren verse papaja­vooral naar Canada, Japan en Hong Kong.44,45 In de eerste helft van de jaren 1990 was Japan de grootste impor-

teur van Hawaïaanse­papaja­’s; ruim 60% van de export ging naar Japan en ongeveer 30% naar Canada. In 1996 piekte de export naar Japan tot 15 miljoen US Dollar (Figuur 7). Na de introductie van de GGOpapaja­in 1998 veranderde dit drastisch. Het aandeel van de export naar Japan nam sterk af terwijl er voor Canada een tegen-

gesteld patroon te zien was (Figuur  7). Tussen­2010 en 2012 had Canada als grootste afnemer van de Hawaïaanse­ papaja­’s een aandeel van 83% gevolgd door Japan (6,3%), Hong Kong (4,2%) en overige landen zoals China­en Mexico.45

figuur 7 Exportcijfers van de Hawaïaanse­papaja in miljoen US dollar. Na de introductie van de GGO-papaja in Hawaï­neemt de import door Japan sterk af. In 2003 stelt Canada zijn markt open voor de GGO-papaja waarna de export naar Canada extra toeneemt.45

Export in miljoen US dollar

25

introductie ggo-papaja in hawaï

canada stelt grenzen open

20

15

10 totaal alle landen canada

5

japan

44 Evans EA et al. (2012). An overview of US papaya production, trade, and consumption. EDIS document FE914. Beschikbaar via http://edis.ifas.ufl.edu/pdffiles/FE/FE91400.pdf 45 Government of Canada. Trade Data Online. Beschikbaar via https://www.ic.gc.ca/eic/site/tdo-dcd.nsf/eng/Home

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

1993

1992

1991

1990

0

facts series

21

Papaja

4 Samen met de introductie van de biotechpapaja­verloor Hawaï­zijn toegang tot de Japanse markt. Topimporteur Japan weigerde immers de GGO-papaja­te importeren als gevolg van een grote terughoudendheid voor genetisch gewijzigd voedsel. Bovendien was er ongerustheid over eventuele vermenging tussen GGO- en niet-GGO papaja­’s.44 Tussen 1996 en 2010 nam de export naar Japan af met gemiddeld 1 miljoen US dollar per jaar.44

facts series Papaja

22

De terugval in export werd opgevangen door Canada. In 2003 stelde Canada zijn markt open voor de biotech-papaja­28 en sindsdien namen de exportcijfers toe van 14,2 miljoen US dollars in 2003 naar 23,5 miljoen in 2012 (Figuur 7, pagina 21).45 Daar waar de import van Hawaïaanse­papaja­ ’s tussen 2000 en 2003 goed was voor gemiddeld 6,5 miljoen US dollar bedroeg ze in 2012 bijna 20 miljoen US dollar.45

De GGO-papaja in Japan Volgens de officiële importcijfers van Japan kwam de jaarlijkse import van papaja­’s tussen 2005 en 2008 ongeveer overeen met 11 miljoen US dollar (uit alle delen van de wereld). Niettegenstaande de import van papaja’s de laatste jaren daalt, was het sinds 2009 nog steeds goed voor meer dan 6,5 miljoen US dollar.46­ Ongeveer 1 miljoen US Dollar was afkomstig van Hawaï­(Figuur 7, pagina 21).

Japan. Na het evalueren van alle voedselveiligheids- en milieuaspecten werd op 1 december 2011 de import van de Rainbow papaja­’s toegelaten in Japan.47,48 De introductie van de biotech-papaja­ging gepaard met een educatieprogramma en op initiatief van de Hawaïaanse­papajaindustrie worden de individuele GGOpapaja’s gelabeld met het Japans onderschrift ‘idenshi kumikae’ of ‘genetisch gewijzigd’.47

Vóór de introductie van de GGO-papaja stond Hawaï­in voor 97% van de aanvoer voor Japan. Die export had een waarde van 12,8 miljoen US dollar. De Filippijnen die tot dan toe amper bijdroegen aan de Japanse import konden gegarandeerde niet-GGO papaja’s leveren en namen geleidelijk aan de import uit Hawaï­over (zie Figuur 8).46

Niettegenstaande de export van de Amerikaanse papaja naar Japan op een historisch dieptepunt zit, hebben de Hawaïaanse­­GGO-papajatelers vanaf nu de mogelijkheid om hun marktaandeel in Japan terug op te krikken. De realisatie­ hiervan zal echter afhangen van de bereidheid van de Japanse consument om de genetisch gewijzigde papaja­te consumeren (zie pagina­11).

In 1999 begon de Hawaïaanse­papaja­ -industrie met de procedure om de biotech-papaja­te kunnen exporteren naar figuur 8

japanse papaja-import in ton. Na de introductie van de GGO-papaja neemt de Japanse import van de Hawaïaanse­papaja af ten gunste van de Filipijnse papaja.46

8000 7000

introductie ggo-papaja in hawaï

import in ton

6000 5000 4000 3000 2000 1000

vs

filippijnen

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

1993

0

overige

46 Trade Statistics of Japan. Ministry of Finance. Beschikbaar via http://www.customs.go.jp/toukei/srch/indexe.htm. De ‘commodity code’ van verse papaja’s is 08072. 47 USDA Foreign Agricultural Service (2011). GAIN Report number JA1048. Beschikbaar via http://gain.fas.usda.gov/Recent%20GAIN%20Publications/Japan%20approved%20GM%20papaya_Tokyo_Japan_12-19-2011.pdf 48 USDA News Release No. 0005.12 Beschikbaar via http://www.usda.gov/wps/portal/usda/usdamediafb?contentid=2012/01/0005.xml&printable=true&contentidonly=true

facts series

23

Papaja

5

5. De biotech-papaja buiten Hawaï­ Ondanks de minimale impact van Hawaï­op de wereldwijde papaja­productie, ontpopte Hawaï­zich tot pionier inzake PRSV-resistentie. Landen zoals China, Thailand, Taiwan, de Filippijnen, Australië, Jamaica, volgden het voorbeeld van Hawaï­en ontwikkelden hun eigen PRSV-resistente papaja­’s.

De Hawaïaanse­technologie verspreidt zich Sinds verschillende tientallen jaren zet PRSV zijn verwoestende tocht verder door papaja­producerende regio’s. In India, het papaja­producerende land bij uitstek, werd PRSV in 1958 gedetecteerd waarna het zich verspreidde vanuit West-India naar verschillende regio’s. PRSV is er verantwoordelijk voor oogstverliezen van 85 tot 90%.49,50 In 1975 werd PRSV gedetecteerd in Taiwan. Drie jaar later was 44% van het papaja­-areaal onbruikbaar geworden voor papaja­teelt en in 1980 was de ringvlekkenziekte over het volledig eiland verspreid.51 In 1982 werd PRSV gesignaleerd op de Filippijnen, in 1990 in Thailand en 2 jaar later in Vietnam. In de meeste met virus besmette gebieden is het stopzetten van de productie en het hervatten op een andere plaats de enige manier om nog papaja­’s te telen. Taiwan is echter een klein eiland en er zijn weinig mogelijkheden om de papaja­industrie te verleggen.3 Het vernietigende effect van PRSV verplichtte de Taiwanese­ telers om papaja­te groeien als éénjarig gewas. Na de eerste oogst worden alle planten vernietigd en moet er opnieuw aangeplant worden. Dit gaat gepaard met hogere productiekosten en een kleinere oogst.3

facts series Papaja

24

In 2003 publiceerden onderzoekers van de ‘National Chung Hsing University’ en het Taiwanees landbouwkundig onderzoeksinstituut de ontwikkeling van een transgene papaja­resistent tegen het Taiwanees PRSV.52 De Taiwanese GGOpapaja­is niet alleen beschermd tegen PRS-virussen afkomstig van Taiwan maar ook tegen PRSV van Hawaï­, Thailand en Mexico.52 De Taiwanese GGOpapaja­wordt echter nog niet op commerciële wijze geteeld. Hetzelfde geldt

voor de virus-resistente GGO-papaja­’s uit Brazilië, Indonesië, Maleisië, Australië, de Filippijnen, Thailand en Vietnam.8,53 In de meeste landen zijn de planten succesvol getest in het veld maar is het wachten op de toelating tot commercialisatie.1,8 Tijdens de beginjaren 1990 werd ook de Jamaicaanse papaja­ -industrie opgeschrikt door infecties met PRSV. Het had ook hier desastreuze gevolgen op het gezinsinkomen van de papaja­telers

49 Srinivasulu M, Sai Gopal DVR (2011). Coat protein sequence comparison of south Indian isolates of Papaya ringspot virus with other Indian subcontinent isolates. Phtyopathol Mediterr 50, 359-367. 50 Jain RK et al. (2004). Variability in the coat protein gene of Papaya ringspot virus isolates from multiple locations in India. Archives of Virology 149, 2435-2442. 51 Kiritani K, Su H-J (1999). Papaya ring spot, banana bunchy top, and citrus greening in the Asia and Pacific region : occurrence and control strategy. JARQ 33, 23-30. 52 Bau H-J et al. (2003). Broad-spectrum resistance to different geographic strains of Papaya ringspot virus in coat protein gene transgenic papaya. Phytopathology 93, 112-120. 53 Lines RE et al. (2002). Genetically engineered immunity to Papaya ringspot virus in Australian papaya cultivars. Molecular Breeding 10, 119-129.

en op de distributie. Er wordt geschat dat het Jamaicaanse papaja­-areaal door de PRSV-infecties daalde met meer dan 50%, van 400 ha in midden 1990 tot 180 ha in 2008.54 In vergelijking met de gemiddelde jaarlijkse productie van 15 300 ton in de periode tussen 1993 en 1998 daalde de productie naar 5800 ton in 2011.2

De Universiteit van Cornell snelde toe en er werd een GGO-papaja­ontwikkeld op basis van de manteleiwitten van de Jamaicaanse PRSV-variant.55 De GGOpapaja­kon al in 1998 getest worden in het veld maar omdat het nodige wettelijke kader voor commercialisatie afwezig is in Jamaica konden er tot op vandaag geen verdere stappen gezet worden.55

Een gelijkaardig verhaal is te zien in Venezuela­. Al in 1992 zocht de Universiteit­ van Los Andes (Venezuela) contact­ met de Universiteit van Cornell. De samenwerking­resulteerde in GGOpapaja­ ’s resistent tegen Venezolaanse PRS-virussen56­maar tot nu toe moeten Venezolaanse telers het stellen zonder een virus-resistente papaja­.

China neemt heft in eigen handen In China werd de ringvlekkenziekte op papaja­voor het eerst gerapporteerd in de provincie Guangdong in 1959. Van daar verspreidde het zich naar de andere papaja­ producerende provincies.8 Gedreven door het succes in Hawaï­, startten onderzoekers van de Zuid-Chinese Universiteit­ voor Landbouw een gelijkaardig onderzoeksproject op. In plaats van het PRSVmanteleiwit tot expressie te brengen in transgene papaja­, kozen de Chinese onderzoekers voor het viraal replicase gen. De GGO-papaja­‘Huanong 1’ werd in 2006 na verschillende veldproeven­goed-

gekeurd voor teelt en commercialisatie door de Chinese bioveiligheidscommissie.57 De Huanong 1 planten zijn enkel verkrijgbaar bij een Chinees zaadbedrijf die ze als kleine plantjes verkoopt.1 Net zoals in Hawaï­herstelde de GGOpapaja­de papaja­ productie in China. Bovendien is ze in China verantwoordelijk voor de blijvende stijging van de productie. In 2009 produceerden de vier papaja­producerende provincies meer dan vóór de PRSV infecties uitbraken. Met de stijgende productie ging een ook opmerkelijke daling van de import van buiten-

landse papaja­’s gepaard. In 2009 bedroeg de import slecht één zesde van de import in 2006 (Figuur 9).57 In de provincie Guangdong, de belangrijkste provincie voor papaja­teelt in China was er in 2012 een adoptie van 95%.58 Van de 4500 hectare werd er 4275 ha PRSVresistente GGO-papaja­geteeld. Op het eiland Hainan werd bijkomend 2000 ha aan biotech-papaja­geteeld, 40% van het 5000 ha groot papaja­-areaal op Hainan.58

figuur 9 Na de introductie van de virus-resistente GGO-papaja in 2007 valt de Chinese import van papaja’s volledig terug.57

Chinese papaja-import in 1000 US dollar

3000 introductie ggo-papaja in china

2500 2000 1500 1000 500

2009

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

1993

1192

0

54 USDA Foreign Agricultural Service (2008). GAIN Report number JM8007. Beschikbaar via http://www.fas.usda.gov/gainfiles/200807/146295191.pdf 55 Fermin G, Tennant P (2011). Opportunities and constraints to biotechnological applications in the Caribbean: transgenic papayas in Jamaica and Venezuela. Plant Cell Reports 30, 681-687. 56 Fermin G et al. (2004). Engineered resistance against Papaya ringspot virus in Venezuelan transgenic papayas. Plant Disease 88, 516-522. 57 Lin-ke H et al. (2012). Farmer’s knowledge on GM technology and pesticide use: evidence from papaya production in China. Journal of Integrative Agriculture 11, 2107-2115. 58 James C (2012). Global status of commercialized biotech/GM crops:2012. ISAAA Brief 44.

facts series

25

Papaja

6

Besluit Genetisch gewijzigde gewassen worden vaak in één adem vernoemd met multinationals en met grootschalige teelten. Het verhaal van de GGO-papaja toont aan dat dit niet noodzakelijk zo hoeft te zijn. De Hawaïaanse­GGO-papaja werd ontwikkeld door de publieke sector en de intellectuele­eigendom werd overgedragen aan de lokale papaja-industrie.

facts series Papaja

26

De GGO-papaja wordt sinds 1998 geteeld om het hoofd te kunnen bieden aan het papaja-ringspotvirus, een ziekteverwekker die niet alleen zorgt voor grote opbrengstverliezen maar bovendien commerciële papajateelt onmogelijk kan maken. Dankzij het inzetten van de GGOpapaja is de teelt op Hawaï­kunnen blijven bestaan. Dit succesverhaal inspireerde

veel papaja-producerende landen om een gelijkaardige oplossing te zoeken voor de lokale papajavirussen. Tot nu toe wordt de virus-resistente GGO-papaja enkel in Hawaï­en in China geteeld maar meer landen staan klaar om een biotech-papaja in te zetten in de strijd tegen het papajaringspotvirus.

gedrukt op 100 % gerecycleerd papier

facts series

27

Papaja

Meer info: www.vib.be/plantenbiotech