Géntechnológiával nemesített (GM) növények Transzgénikus (GM) búzagenotípusok a Szegedi Gabonatermesztési Kutató Kht kísérleti terén. Kertész Zoltán
VILÁGTENDENCIÁK AZ ÉLELMISZERIGÉNYBEN (előrejelzések) 2050-ben 9,1 milliárd népesség 40% növekedés
2x-es emelkedés az élelmiszer-szükségletben
A napi jövedelem 2 - 10 USD-ra növekszik
Emelkedik a hús- és tejtermékek, gyümölcs, zöldség, olaj fogyasztása
Olafur Ragnar Grimsson: A talaj és a növényzet rohamosan csökken Földünkön, aminek végzetes következménye van az élelmiszer és takarmány-termelésre és felgyorsítja a klímaváltozást.
Génművesség és a modern növényfajták születése
A BÚZAGÉNEK MANIPULÁLÁSÁNAK MÓDSZEREI AZ ÉVSZÁZADOK SORÁN
A KÍNAI SZUPER RIZS NEMESÍTÉSÉNEK STRATÉGIÁJA
Szuper rizs
Napjaink elit fajtái JAVÍTANDÓ TULAJDONSÁGOK Rovarrezisztencia Betegség-ellenállóság Tápanyag-hasznosítás Szárazságtűrés Minőségi bélyegek TERMÉS
MÓDSZEREK Génbeépítés Marker alapú szelekció Hagyományos nemesítés: keresztezés, szelekció
Nem rizseredetű gének
A rizsfajtagyűjtemények génjei
Gének a funkcionális genomika alapján
Zhang, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2007, 104: 16402)
FINALE GYOMIRTÓSZERELLENÁLLÓ KUKORICA ELŐÁLLÍTÁSA PROTOPLASZTOKBA TÖRTÉNŐ KÖZVETLEN GÉNBEÉPÍTÉSSEL Golovkin et al. 1993 Plant Science 90: 41-52.
GÉNBELÖVÉS EMBRIOGÉN BÚZAKALLUSZOKBA a
b
c
d
e
J. Pauk et al.
BÚZANÖVÉNY REGENERÁLÁSA A GÉNBELÖVÉST KÖVETŐEN
Hajtásregeneráció
Transzgenikus búzanövények
J. Pauk et al.
GM-BÚZANÖVÉNYEK AZ ÜVEGHÁZBAN
J. Pauk et al.
HERBICIDREZISZTENCIA ELLENŐRZÉSE
J. Pauk et al.
A japonica és indica rizsalfajok genomjának megszekvenálása mérföldkő a növénynemesítés történetében
A KÍNAIAK VEZETŐ SZEREPE A RIZSGENOMIKÁBAN
37 544 rizsgén The map-based sequence of the rice Nature 436: 793, 2005
FÉLSIVATAGI KÖRÜLMÉNYEK MAGYARORSZÁGON Átlagos termésveszteség búzában:
2003: 25% 2007: 12%
A Magyar Búzakonzorcium segít a klímaváltozás gazdasági hatásainak mérséklésében
Vízhasznosítási hatékonyság (a kontrol %-ában
A VÍZHASZNOSÍTÁSI HATÉKONYSÁG ÉS A TERMŐKÉPESSÉG ÖSSZEFÜGGÉSE A VIRÁGZÁSKORI SZÁRAZSÁGSTRESSZ ESETÉN 180
WUE % Ae382
170 2
R = 0.9709
Plainsmann
Ae642
160 Mv9kr1
150
Magma 1B1R
Fatima
140
Cap.Desp
130
Renan;1B1B
120 Kobomugi
110 100
50
55
60
65 70 75 80 Szemtermés (kontrol %-ában)
85
90
95
B. Hoffmann et al.
ÁRPA MACRO-ARRAY: 10,450 UNIGÉN cDNS-KLÓNJAI
Együttműködő partner: Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research Gatersleben, Németország (IPK)
GÉNKIFEJEZŐDÉSI VÁLTOZÁSOK BÚZAGYÖKÉRBEN A SZÁRAZSÁGHOZ TÖRTÉNŐ ADAPTÁCIÓ SORÁN MACRO-ARRAY VIZSGÁLATTAL
4 hét 1-2 hét 3-4 hét
PLAINSMANN
KOBOMUGI
Alkalmazkodó, stabil hozamú típus
Gyorsan reagáló „menekülő” típus
73
78
változatlan emelkedés csökkenés
6.1
emelkedés csökkenés
0.5
1.3 2.7
1.6 0.8
0.5
(10 500 klón %-ában )
0.4
Györgyey J. és mtsai
GÉNJELÖLTEK A SZÁRAZSÁGADAPTÁCIÓ JAVÍTÁSÁHOZ GÉNBEÉPÍTÉSSEL
Aldose reductase
Glyoxalase II
Györgyey J. és mtsai
A nagyfokú szárazság hatása a búzagenotípusok növekedésére
20% talajnedvesség
60% talajnedvesség
A lucerna aldo-keto reduktáz detoxifikáló enzim szintézise transzgenikus búza genotípusokban
CY-45
AKR 322 AKR 322
AKR 304 AKR 304 AKR 284 AKR 284
Specifikus aktivitás specifi activity (NADPH μ mol min-1g-1)
60 50 40
30 20 10 0 CY-45
AKR 322
AKR 304
AKR 284
DIGITAL PHOTOGRAPHY Original RGB picture
The „green” pixels of the picture
Identifier: 123456789012 Pixel number: 189009 Height: 64.4 cm
A transzgenikus búzanövények nagyobb biomasszát produkálnak vízhiány esetén
2 0 0 4. 07 03 . 20 04. 07 10 . 2 0 0 4. 07 17 . 2 0 0 4. 07 24 . 20 05. 07 01 . 2 0 0 5. 07 08 . 2 0 0 5. 07 15 . 20 05. 07 22 .0 5. 29
20
07 .
Weight Tömeg (g)
0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0
CY-45 20% AKR 284 20% AKR 322 20% AKR 304 20%
A búzagenotípusok terméskomponensei vízhiány mellett Üvegházi kísérlet Tulajdonságok Kalászhosszúság (cm)
Kalászonkénti szemszám
CY-45
6,73
20,50
32,71
0,67
100,00
AKR 322
6,60
20,00
38,86
0,78
116,41
AKR 304
7,17
23,00
37,74
0,84
125,37
AKR 284
6,93
24,00
30,16
0,73
108,95
Genotípus
Ezerszemsúly (g)
Növényenkénti szemtermés (g)
%
A VASKÖTŐ FERRITINFEHÉRJÉT TÚLTERMELŐ DOHÁNYNÖVÉNYEK (felső sor) CSÖKKENT TÜNETETEI ALTERNARIA-FERTŐZÉS UTÁN Deák et al. 1999 Nature Biotech. 17: 192-196.
VÍRUSELLENÁLLÓ TRANSZGÉNIKUS NÖVÉNYEK A SZÁNTÓFÖLDÖN (Jobb oldali sor) ÉS AZ ERŐSEN FERTŐZÖTT GENOTÍPUS (Bal oldali sor) Balázs Ervin, Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóközpont, Gödöllő
MUNTÁNS ADP-GLÜKÓZ PIROFOSZFORILÁZ HATÁSÁRA NAGYOBB KUKORICASZEMEK
E. coli ADP-glükóz pirofoszforiláz Zein Promoter
Mutáns
336. aszparaginsav
glicin
Független az aktivátortól (fruktóz-1, 6-bifoszfát) és a gátlótól (AMP és Pi)
vad típus
transzgenikus GM
A bakteriális gén beépítése nagyobb keményítőtartalomhoz vezetett Wang et al., Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 2007, 88: 83-92.
Szemsúly (g/100 mag)
A BAKTERIÁLIS ADP-GLÜKÓZ PIROFOSZFORILÁZ GÉN BEÉPÍTÉSE NÖVELTE A KUKORICASZEMEK MÉRETÉT
Wang et al., Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 2007, 88: 83-92.
EMÉSZTÉSREZISZTENS, MAGAS AMILÓZTARTALMÚ BÚZAKEMÉNYÍTŐ: BETEGSÉGEK KOCKÁZATÁT CSÖKKENTI (A. Regina et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2006, 103: 3546) KEMÉNYÍTŐ = polimerizált glükózmolekulák AMILOPEKTIN erősen elágazó polimer könnyen emészthető
AMILÓZ nem elágazó polimer emésztés-ellenálló
KEMÉNYÍTŐELÁGAZÁST LÉTESÍTŐ EMZIMEK (SBE II/a és b) elhallgattatás MAGASABB AMILÓZTARTALOM A génelhallgattatást okozó vektor szerkezete
gluteninpromoter
cDNS
cDNS
SBE II/a
SBE II/a NOS
Keményítőelágazást létesítő enzimek mennyisége csökken a transzgenikus vonalakban
A KEMÉNYÍTŐSZEMCSÉK MORFOLÓGIÁJA A BÚZAENDOSPERMIUMBAN
vadtípus
csökkentett SBE II/a expresszió
csökkentett SBE II/b expresszió
TRANSZGÉNIKUS BÚZÁK KEMÉNYÍTŐ-PARAMÉTEREI Amilóztartalom 100 szem súlya Kontroll Anti – SBEII/a Anti – SBE II/b
25,5% 74,4% 32,8%
3,8 g 3,8 g 3,6 g
Keményítőtartalom 52,0% 43,4% 50,3%
BÉTA-KAROTINT TERMELŐ ARANY RIZS Génbepítésre használt vektorok
Karotinszintézis génjei
http://www.uaf.edu/chem
BÉTA-KAROTINT TERMELŐ ARANY RIZS
http://www.uaf.edu/chem
“A Bt-kukorica mint egy további eszköz a fuzáriumtoxinok csökkentésére.” Prof. Andreas Schier, Nürtingen-Geislingen University
Gombafertőzés a kukoricamoly lárvája által károsított csövön
Mikotoxinszint a kukoricaszemben: Rovarirtó szer nélküli kukorica (sárga); Bt-kukorica (zöld) µg/kg Mikotoxincsoportok: DON = Deoxinivalenol; FUM = Fumonisins; ZEA: = Zearalenone
Az EFSA változatlanul elfogadásra javasolja a MON 863 Bt-kukoricát
Európában a kukoricabogár a 90-es évek elejétől terjedt el. A MON 863 GM-hibrid mind élelmiszerként, mind takarmányként engedélyezve van Európában 2006 január óta. 11 tagállam foglalt ebben a kérdésben állást. Ausztria és Magyarország kivételével a többiek nem látták szükségességét további vizsgálatoknak és intézkedésnek.
A kukoricabogár elleni vegyszeres védekezés költsége Magyarországon
YieldGard kukoricabogár-ellenálló GM-kukorica gyökere védettebb, mint a rovarölő szerekkel kezelt hibrideké
Gyökérkárosodás mértéke
1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4
0.25 Gazdaságossági küszöbérték
0.2 0.0 YieldGard Lorsban® Aztec® Force® Plus
Check
Kukoricabogár védett kukorica száraz körülmények között többet terem Iowa Állami Egyetem, 2003-2005 10 9
8,94
8 6,96
7
6,66
Termés, t/ha
6,24
6
5,52
5,34
5 4 3 2 1 0 GM kukorica
Talajfertőtlenítés 1 Talajfertőtlenítés 2
Csávázás 1
Csávázás 2
Kezeletlen konvencionális
A nem cél gerinctelen fajok egyedeinek száma nagyobb a GM kukoricaföldeken mint a hagyományos hibridek növényvédőszerezése után 42 szabadföldi kísérlet összefoglaló értékelése
Cry1Ab kukorica
Pikkelyesszárnyú lepkékkel szembeni rezisztencia a Cry1Ab fehérjével Mind
Cry3Bb kukorica
Bogarakkal szembeni rezisztencia Cry3Bb fehérjével
Mind Egyedszámviszony a Bt hibrid tábla és a hagyományos tábla között Rovarölő szer nélkül
M. Marvier et al. Science, 2007, 316: 1475-1477.
Rovarölő szerrel (piretroidok)
Hatásnagyság (Hedges’s d)
Töretlen a GM-növények használatának növekedése az USA-ban % HT szója HT gyapot BT gyapot BT kukorica HT kukorica
USDA Economic Research Service: http://www.ers.usda.gov/Data/BiotechCrops/index.htm
A gazdák GM-növények termesztéséből származó bevételi haszna 1996. és 2006. között: millió USD
Tulajdonságok
Jövedelemnövekedés a farmgazdaságokban 1996-2006
A gazdák bevételi haszna az össz termelési érték %-ában 2006
17455
5,58
1110
0,35
814
0,08
GM herbicidtoleráns repce
1096
1,49
GM rovarrezisztens kukorica
3634
1,35
GM rovarrezisztens gyapot
9567
7,85
93
n/a
33769
3,8
GM herbicidtoleráns szója GM herbicidtoleráns kukorica GM herbicidtoleráns gyapot
Egyebek Összesen
A GM-növények globális termesztése folytán végbement változások a gyomirtó- és rovarölő szerek felhasználásában 1996 és 2006 között
Tulajdonságok
Az aktív összetevők felhasználásának %-os változása a GM-termelő országokban
A környezeti hatások %-os változása a GM-termelő országokban
GM herbicidtoleráns szója
-4,4
-20,4
GM herbicidtoleráns kukorica
-3,9
-4,6
GM herbicidtoleráns gyapot
-14,3
-14,5
GM herbicidtoleráns repce
-12,6
-24,2
-5,0
-5,3
-22,9
-24,6
GM rovarrezisztens kukorica GM rovarrezisztens gyapot
2006. évben CO2-kibocsátás csökkenése 14,8 milliárd kg = 6,6 millió autó • Kevesebb a permetezések száma • Kevesebb talajműveleti szám Szántás nélküli talajművelés (-36,6 l/ha üzemanyag) Tárcsás talajművelés
(-16,7 l/ha üzemanyag)
• Csökkentett talajforgatás Nagyobb szervesanyag-visszatartás a talajban
G. Brookes and P. Barfoot (2008) PG Economics Ltd. Dorchester UK.
Az EFSA Genetikailag Módosított Organizmusokkal Foglalkozó Munkacsoportjának szakvéleménye (EFSA-Q-2008-316 sz. kérdés) A szakvélemény elfogadásának időpontja: 2008. július 2.
Nincs olyan, az emberi és állati egészségre és a környezetre jelentett kockázatra vonatkozó, specifikus tudományos bizonyíték, amely indokolná a 90/220/EEC irányelvnek (melyet hatálytalanított a 2001/18/EC irányelv) megfelelően engedélyezett MON810 kukorica piacra kerülésének és magyarországi termesztésének tilalmát.
KÖVETKEZTETÉSEK • Magyarország szerepe a kibontakozó európai biogazdaságban • A csúcstechnológiák visszautasítása = technológiai és gazdasági kiszolgáltatottság • Mezőgazdasági technológiák sokfélesége: agrárvállakozások specialitásai, piaci lehetőségek • A koegzisztencia feltételrendszerének tudományos kidolgozása • A gazda és a vásárló joga a választáshoz • A technológák diszkriminációja helyett a termék értéke a fontos
Köszönöm a megtisztelő figyelmet!
