GM növények szerepe a tudományban és az agráriumban. Konferencia

„GM növények szerepe a tudományban és az agráriumban” Konferencia

Általános Információk A konferencia időpontja: A konferencia helyszíne:

2010. július 7-8. MTA Szegedi Biológiai Központ (Nagyelőadó) 6726 Szeged, Temesvári krt. 62.

A konferencia látogatása díjmentes, de előzetes regisztrációhoz kötött. Szervező iroda:

Top Congress Kft. 6725 Szeged, Pálfy u. 14. Telefon / Fax: 62/499-222 e-mail: [email protected]

Program – 2010. július 6. kedd 17.00-21.00

regisztráció az MTA Szegedi Biológiai Központ (SZBK) halljában

Program – 2010. július 7. szerda ELŐADÁSOK (a Szegedi Biológiai Központ nagyelőadójában) 8.45-9.00

Megnyitó: Dudits Dénes

9.00-9.40

Fári Miklós Debreceni Egyetem Agrár és Műszaki Tudományok Centruma, Debrecen A hazai zöld géntechnológia helye a biotechnológia történetében

9.40-10.20

Györgyey János MTA SZBK, Növénybiológiai Intézet, Szeged A géntechnológia alapjai, génizolálási stratégiák

10.20-11.00

Pauk János Gabonakutató Non-Profit Közhasznú Kft, Szeged Génbeviteli és szelekciós módszerek

11.00-11.30

Szünet

-2-

Program – 2010. július 7. szerda

11.30-12.10

Horváth V. Gábor MTA SZBK, Növénybiológiai Intézet, Szeged Abiotikus stresszrezisztens GM növények

12.10-12.50

Jenes Barnabás Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóközpont, Gödöllő Biotikus stresszrezisztens GM növények

12.50-13.30

Czepó Mihály MONSANTO Hungária Kft, Budapest Gyomirtószer-rezisztencia génbeépítéssel

13.30-14.30

Ebéd

14.30-15.10

Bedő Zoltán MTA Mezőgazdasági Kutatóintézet, Martonvásár Funkcionális élelmiszerek fejlesztése molekuláris növénynemesítéssel

15.10-15.50

Tamás László ELTE Növényélettani és Molekuláris Növénybiológiai Tanszék, Budapest Molecular farming

15.50-16.30

Dudits Dénes MTA SZBK, Növénybiológiai Intézet, Szeged GM növények és a klímaváltozás: zöldenergiák

16.30-17.10

Marton Csaba MTA Mezőgazdasági Kutatóintézet, Martonvásár Géntechnológia a gyakorlati kukoricanemesítésben

17.10-17.50

Jeney Apor Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóközpont, Gödöllő Géntechnológia alkalmazása a paprikanemesítésben

19.00

Fogadás (SZBK)

-3-

Program – 2010. július 8. csütörtök

ELŐADÁSOK (a Szegedi Biológiai Központ nagyelőadójában) 8.30-9.10

Popp József Agrárgazdasági Kutatóintézet, Budapest GM növények gazdasági hatásai

9.10-9.50

Vértes Tímea FVM Kutatási és Biotechnológiai Osztály, Budapest Törvényi szabályozás és kormányzati szerep

9.50-10.30

Balázs Ervin MTA Mezőgazdasági Kutatóintézet, Martonvásár GM növényekkel kapcsolatos biztonsági rendszerek

10.30-11.00

Szünet

11.00-11.40

Kiss József SZIE Növényvédelmi Tanszék, Gödöllő Környezeti kockázat vizsgálatok GM kukoricákkal

11.40-12.20

Tóth István MOSZ, Budapest GM növények a gazda szemével

12.20-13.00

Venetianer Pál MTA SZBK, Biokémiai Intézet, Szeged A géntechnológia etikai vonatkozásai

13.00-13.40

Dudits Dénes MTA SZBK, Növénybiológiai Intézet, Szeged GM növények, agrárinnováció - záró beszélgetés

13.40

Ebéd

-4-

absztraktok

„GM

NÖVÉNYEK SZEREPE A TUDOMÁNYBAN ÉS AZ AGRÁRIUMBAN”

KONFERENCIA • SZEGED, 2010.

JÚLIUS

7-8.

A SEMMELWEIS REFLEX ÉS A HAZAI ZÖLD GÉNTECHNOLÓGIA HELYE A BIOTECHNOLÓGIA TÖRTÉNETÉBEN Fári Miklós Gábor Debreceni Egyetem AGTC, Növényi Biotechnológiai Tanszék, Debrecen ([email protected])

Bevezetés Általános vélemény napjainkban – a szakemberek körében is -, hogy a 21. század egyik hightech tudományának, a biotechnológiának jelene, és jövője van; önálló, tudomány-filozófiaként is értelmezhető története nincs. Jellemző vélemény - különösen a fiatalok körében - az is, hogy a biotechnológia az USA-ban, vagy Európa iparilag fejlett államaiban, a 20.-ik század utolsó egykét évtizedében született tudomány. Az elmúlt évtizedben végzett részletes forráselemzéseink tanúsága szerint azonban fenti vélemények megalapozatlanok. Úgy tűnik ugyanakkor, hogy a primer biotechnológia-történeti források pontos ismeretére alapozott filológiai elemzések napjaink zöld géntechnológiájának hazai recepciós sajátosságaira is vonatkoztathatók. A biotechnológiának nemcsak jövője, de múltjának tanulságos története is van Magyarországon a biológia határtudományainak kétszáz éves története hiányos; ez alól elsősorban az orvostudomány, és részben a botanika, agrártudomány, stb. számítanak kivételeknek. Rapaics Raymund ellentmondásoktól sem mentes munkája (1953) óta a magyar biológia története is mozaikosan kerül feldolgozásra. Nemcsak a történeti kutatások hiányának tulajdonítható az a tény, hogy hazánkban nem ismert: a „biotechnológia”, mint fogalom, és doktrína Budapesten született, az 1897 és 1919 közötti két évtizedben, és a múlt század harmincas éveinek végén kormányprogramba vonták be. Az sem elfogadott, hogy a hazai zöld biotechnológiát megalapozó első időszak 1913 és 1945 között zajlott: az egyenlőtlen anyagi lehetőségek ellenére a nemzetközi elittel folytatott versenyfutás korszaka is volt. Robert A. Wilsonnak tulajdonítják - többek között - egy kevéssé ismert, ám nem ritka társadalmi reakciót, az un. „Semmelweis-reflexet”. Ez a fogalom az eredeti, új, és tudományos vizsgálatokon alapuló ismeretek automatikus, átgondolás, ellenőrzés, vagy kísérletek nélküli elvetését, elutasítását jelenti. Kísérletei és felismerései kapcsán ezt tették Semmelweis Ignácz kortársai: eredményeinek teljes befogadására fél évszázadig kellett várni. Az alábbiakban röviden összefoglaljuk három elfeledett, ám eredményeiket illetően a fiatalok és a döntéshozók számára is példa értékű magyar biotechnológus úttörő, Ereky Károly, Galambos Mária és Orsós Ottó munkásságát. Párhuzamokra ismerve alaposan feltételezhető, hogy mindhárom életműre illik a Semmelweis-reflex. Úgy tűnik továbbá, hogy a géntechnológia legújabb kori hazai történetét is egyfajta Semmelweis-reflexen alapuló, politikai-társadalmi recepciós hullám kíséri. A „biotechnológia” születése Magyarországon - Ereky Károly A Nature-ben Robert Bud (1989) beszámolt arról, hogy a biotechnológia-fogalom apja a magyar Ereky Károly, aki 1919-ben, a „Biotechnologie der Fleisch-, Fett- und Milcherzeugung im landwirtschaftlichen Grossbetriebe” címmel Berlinben publikált könyvében közölte erre vonatkozó új nézeteit. A közelmúltban életrajzi forrásokat és Ereky által publikált, elfeledett korabeli dokumentumokat kutattunk fel, melyek segítségével az első biotechnológia-fogalom születésének részletes története ma már tényszerűen tisztázható. Ereky Károly gépészmérnök volt. Diplomáját a budapesti József Műegyetemen 1900-ban szerezte meg. Ereky 1909-ben a

-6-

„GM



JÚLIUS

7-8.

talajt, a gazdasági növényeket és haszonállatokat élelmiszertermelő „szerszámoknak” nevezte, hasonlóan a gép-, cukor-, szesz- és cipőgyár szerszámaihoz. Bizonyítandó újszerű műszaki és üzemszervezési elképzeléseinek életrevalóságát, Budapest határában megtervezte, majd 1912ben felépítette a korabeli világ legnagyobb, 10.000 tonna sertészsír előállítására méretezett, részvénytársaság formában működtetett ipari sertéshízlaldáját. Ezek az események tekinthetők a biotechnológia-fogalom születése első szakaszának. A második szakasz az I. Világháború alatt következett be. A Központi Hatalmakat érintő tengeri blokád súlyos hiányokat idézett elő az élelmiszer ellátásban is. Ereky a háború első éveiben tisztként szolgált a fronton, azonban a harcok pihenőiben az élelmiszertermelés korabeli technikai korlátait, és növelésének új természettudományos lehetőségeit tanulmányozta. Irodalmi adataink szerint a „biotechnológia” szót leszerelése után, először 1917. április 14.–én a cukorrépa cukortermelését, majd a szarvasmarha tejprodukcióját elemező magyar nyelvű előadásban mondta ki Budapesten, „munkagép”, „élő munkagép”, és végül „biotechnológiai munkagép” szókapcsolatok formájában. Ereky ugyanez év tavaszán és nyarán súlyos katonai, belpolitikai és gazdasági nyomás időszakában kísérleti munkával szélesítette tovább elképzeléseit a biotechnológia tárgykörben. A frissen kaszált lucerna rosttól megszabadított zöld levéből jól tárolható, száraz „plazmakoncentrátumot” állított elő. Ennek felhasználásával új takarmányreceptet kísérletezett ki és 1917-ben igazolta, hogy a sertések a korábbi 6 kg helyett 3 kg takarmányból is elő tudtak állítani egy kilogramm zsírt. Felismerte az új eljárás elméleti és gyakorlati jelentőségét. Ezért annak lehetséges biológiai magyarázatát is kereste, majd a tudomány evolúciója került az érdeklődése középpontjába. Új felfogásának első leülepedett eredményét a Magyar Mérnök- és Építész-Egylet Közlönyének 1918. október 13.-i számában „Biotechnológia” című dolgozatában publikálta. Mai ismereteink szerint ez a 2950 szót tartalmazó magyar nyelvű Ereky-dolgozat az első, biotechnológiát megfogalmazó munka, több hónappal megelőzve a „Biotechnologie” berlini kiadását. Dolgozatában Ereky - a már ismert biotechnológia fogalom meghatározása után - utalt arra, hogy a „biotechnológia abból az alaptételból indul ki, hogy…az egész állat- és növényvilág minden egyes sejtje, elkezdve a láthatatlan bacillusoktól föl a legnagyobb szárazföldi emlősig és a terebélyes tölgyfáig…ugyanazokból…a szerves és szervetlen építőkövekből áll, és az egyes sejtek csupán a felépítés módjában különböznek egymástól. Felhívta a figyelmet arra a fontos körülményre, hogy – többek között - a nukleinsavak és fehérjék kémiai építőkockái az állatokban és a növényekben azonosak; az élőlény az összetett molekulákat, az építőkockákat a „saját szervezetében előírt üzemterv szerint”…„szétszedi” és „összerakja”,…átalakítja saját szervezete alkotórészévé”,…például a növényben levő építőköveket izomrosttá. Ereky a biológiai alapfolyamatok technológiai jellegű értelmezéséhez a párhuzamot kiterjedt műszaki ismeretei alapján vonta meg. Felkészült műszaki szakemberként pontosan ismerte, hogy az elméleti fizika óriási fejlődése alapozta meg korának műszaki haladását. Például a repülőgépek kis motorjainak megépítését a hőelmélet új ismeretei alapozták meg. Ereky leírta, hogy a dolgozat közlésének célja az érdeklődés felkeltése egy új, megszülető tudomány iránt, melynek első tudományos definiálásával „a magyar nyelvű prioritást” akarta biztosítani. Ezt követte a „Biotechnologie” című könyve, amelynek kéziratához az előszót 1918. augusztus 25.-én vetette papírra. Ereky 1919 őszén élelmezési miniszter volt már, amikor a „Biotechnologie”-ben kifejtette, hogy az élelmiszertermelésben a „belső tulajdonságok” titkait mind alaposabban feltáró, elméleti biológiai ismeretekkel szövetséges új tudomány, a „biotechnológia” ölt majd testet. Úgy vélte, hogy az atomszerkezet ismeretein kialakuló új kémia, az életfolyamatok titkait az eddigieknél pontosabban feltáró biokémia fejlődése teremti majd meg a biotechnológia tudományát is. Ereky besorolása szerint a biotechnológia a természettudományokat

-7-

„GM



JÚLIUS

7-8.

alkalmazó, fogyasztási cikkeket előállító „munkaszervezés tudomány (technológia) új, az élő organizmusokkal, biológiai munkagépekkel foglalkozó ága”. Az első biotechnológia-fogalom születésének harmadik aktusára az első világháborút lezáró békekötéseket követően került sor. Az ex-miniszter Ereky originális gondolatait, mint az egész világra kiterjeszthető kreatív szellemi teljesítményt 1920-ban ismerte el a német és a nemzetközi tudomány. A Die Naturwissenschaften 1920. december 31.-i számának vezércikkét Ereky írta. Ebben a világ élelmiszertermelési válságának megoldásában a biotechnológia fejlesztésének szükségességére hívta fel ismét a tudósok figyelmét. A háború utáni új gazdasági-politikai világrendszerben a nyugati világ természettudományos gépezete új generációval, új módszerekkel és új lendülettel haladt tovább az élet titkainak feltárása irányába. A Magyar Királyság a világháborút követő gazdasági krízisek és politikai káosz időszakában perifériára szorult, s így számos fejlesztési lehetőség intenzív folytatásához már nem nyílt lehetősége. Ereky Magyarországon maradt, ahol továbbra is befolyásos személyiségként tartották számon. Nem volt alapkutatással, illetve részletkérdések feltárásával foglakozó kutató. Tudományos ars-poétikájának fókuszában következetesen hazáját, és az emberiséget súlytó éhínség végleges felszámolása volt, a természettudományos ismereteket, az új biokémiát alkalmazó, eljövendő „biokémiai kor”, a biotechnológia eszközeivel. Az utókor szemében Ereky Károly legnagyobb, elévülhetetlen érdeme, hogy az „új biotechnológia” korszakalkotó jelentőségét akkor ismerte fel és fogalmazta meg, mielőtt annak objektív művelhetőségi módszerei és eszközei rendelkezésre állhattak volna. Nyolcvanegy évvel Ereky műve után, a Nobel-díjas Norman Borlaugh egyik cikkének címe kísértetiesen egyezik Ereky 1919-es „Biotechnologie”-könyvének zárófejezet-címével. „We need biotechnology to feed the world” írta Borlaugh 2000-ben. „The paper of biotechnology in the feed of the population” írta Ereky 1919-ben. Szakmai örökségének, életének, továbbá közéleti-politikai működésének, a Népbíróság általi elitélésének kutatása az Ereky Károly Biotechnológiai Alapítvány (Debrecen) támogatásával tovább folytatódik. Kísérletek az orchideák aszimbiotikus csíráztatására - Galambos Mária A hazai növényélettani irodalom első összefoglaló tudományos művét Mágocsy-Dietz Sándor publikálta 1909-ben “A növények táplálkozása” címen. A klasszikus irodalom színtézise mellett számos kertészeti növényt mutatott be, többek között Gottlieb Haberlandt munkáit is figyelembe vette. Mágocsy-Dietz ezen könyve elméleti szinten fogalmazódott meg; de még nem hangsúlyozta ki markánsan az innen kiágazódó új technológiákra gyakorolt várható hatást. Mágocsy-Dietz ismerteti a mikorriza-tanokat, azonban az orchideák mikorrizáját és magról történő szaporítás új módszereit nem említette. Az előbbit N. Bernard közölte 1904-ban először Franciaországban, az utóbbit pedig H. Burgeff 1909-ben Jénában. Másként gondolkodott erről Mágocsy-Dietz tanársegédje, Galambos Mária, későbbi fővárosi vegyész. Galambos tanulmányozta Burgeff 1909-es, és valószínűleg Molisch 1916-os könyvét is, és akkor igen merészen, az orchidea-magok in vitro csíráztatását, magoncok tiszta tenyésztését tűzte ki céljául. Az ekkor elkezdődött történetnek nagy tudománytörténeti jelentősége van. Sajnos nem rendelkezünk primér forrásokkal, ezért csak a kortársak - esetleg nem pontos - visszaemlékezései alapján lehetett rekonstruálni az eseményeket. Galambos Mária elképzelésének helyességét 1913-1916 között kísérletekkel igazolta. Az orchidea magokból 1914-ben in vitro módszerrel csíráztatott, aszimbiotikus, különböző cukrok hozzáadása után micorhiza-mentes, steril táptalajon is fejlődő orchidea tenyészeteket állított elő. Állítólag ezeket 1916-ban bemutatta Mágocsy-Dietz professzornak, jelezvén, hogy ezt a témát szeretné doktori értekezésének témájaként választani. A professzor ezt nem fogadta el, mert úgy találta, hogy

-8-

„GM



JÚLIUS

7-8.

nincs olyan személy Magyarországon, aki azt érdemben el tudná bírálni. Mágocsy-Dietz nem sejtette, hogy ezzel egy világraszóló tudományos felfedezéstől fosztotta meg Galambos Máriát és Magyarországot. Galambos munkájának valódi értékét majd egy évtizeddel később, 19221925 között az USA-ban igazolta L. Knudson. 1934-ben, - Mágocsy-Ditz professzor nyugdíjba vonulásának évében - Galambos Mária kilépett újra a szakmai nyilvánosság elé. Ekkor közölte - az eddig felfedezett egyetlen - cikkét az orchidea szaporításáról. Ennek a hátteréhez tartozik, hogy Galambos a harmincas évek elején kis “szövettenyésztő” magánlaboratóriumot rendezett be lakásában, ahol újrakezdte a két évtizeddel korábban megkezdett kutatásait. “Az orchideák magról való, nevelése” c. cikke a Természettudományi Közlönyben jelent meg. Szaporítási kísérleteit ismét siker koronázta. Cikkét az első, Magyarországon in vitro csíráztatásból felnevelt orchidea virágról készített fotóval is illusztrálta. A következő évben, az Országos Magyar Kertészeti Egyesület 50 éves jubileumi kiállításán munkáját nagy sikerrel mutatta be a közönségnek és elnyerte az állami aranyérmet. Az eredmények oktatásba, gyakorlatba történő bevezetését illetően közöny vette körül Galambos Máriát. Munkáját ennek ellenére 1939-ig folytatta. Nagy veszteségünk, hogy az összes feljegyzése a második világháború során kiégett lakásában megsemmisült, és neve is több mint ötven évig feledésbe merült. Hiteles korabeli dokumentumok hiányában Galambos prioritásán, munkásságának nemzetközi jelentőségén napjainkig vitáznak. A most felfedezett dokumentumokban Galambos nem hivatkozott egykori, sikeres steril magvetési munkáira. Az in vitro növényi szövettenyésztés kezdetei - Orsós Ottó A szövettenyésztés történetének ismerete az egyetemes biológia fejlődésének megértése szempontjából érdemel figyelmet. A szövettenyésztés úttörői a Magyar-Óvárott 1857-ben született, majd Ausztriába, később Németországba költözött Gottlieb Haberlandt és Amerikában a John Hopkins Kórház kutatója, későbbi Yale professzor, Ross Granwille Harrison voltak. A 20. század harmincas éveinek végéig a kutatások által megválaszolásra váró tudományos kérdés a szabályozott in vitro növényi szervdifferenciálódás és tiszta kallusztenyésztés modelljeinek keresése volt. Sachs speciális növényi szervképző anyag hipotézisének (1880) és Haberlandt totipotencia-elméletének (1902) bizonyítása a növényélettani kutatások történetének egyik fontos területe volt. Elsők között White (1934), valamint Gautheret (1939) és Nobecourt (1939) felfedezéseinek köszönhető a növényi szövettenyésztés alapmódszereinek a kidolgozása. Tudománytörténeti szempontból fontos bemutatni, hogy ebben a korban miként tartott ezen a területen lépést a világ élmezőnyével a magyar tudomány néhány jeles képviselője. Haberlandt sejtbiológiai kutatásainak hazai hatása a húszas évek első felétől kimutatható. Ezt bizonyítja, hogy Haberlandt növényi hormonelmélettel kapcsolatos úttörő munkásságát Fehér Dániel 1923-ban “A hormonok szerepe a növények életében” című cikkében részletesen összefoglalta; a növényi hormonokról ez volt az első magyar nyelven készített dolgozat. Az izolált sejtek osztódása terén kifejtett Haberlandt-munka jelentőségére pedig Gombocz Endre “A sejtosztódás újabb megvilágításban” című közleményben 1927-ben hívta fel a hazai szakemberek figyelmét, elismerve annak tudománytörténelmi jelentőségét. Azt írta Gomboc 1927-ben: “Haberlandt volt az első, ki az előbbi kérdésre kísérletes vizsgálatok alapján akarta a feleletet megadni. Izolált sejtekkel végzett kísérletei alapján egy növekedés enzymára gondol, mely a sejtosztódásokat, chemiai ingerekhez hasonlóan kiváltaná (Haberlandt, 1902)”. 1934 végén a Pázmány Péter Tudományegyetem Növényélettani Intézetének élén Mágocsy-Dietz Sándorz utóda Paál Árpád lett, akinek a nevét növekedés- (auxin) élettani munkáiról már akkor is az egész világon ismerték. Az in vitro organogenezis témakörben a Protoplasma c. folyóirat 1936., és a

-9-

„GM



JÚLIUS

7-8.

Biologisches Zentralblatt 1938. évfolyamában Paál Árpád egyik fiatal tanítványa, Orsós-Orován Ottó is publikálta szövettenyésztési eredményeit. Orsós 1934-ben, abban az időben kezdte el kutatásait Budapesten, amikor a hazai szövettenyésztést korábban Debrecenben elindító (1929) Huzella Tivadar volt a kísérletes sejttan egyik meghatározó nemzetközi tekintélye. 1933-ban a Nobel-díjas Romain Rollanddal is levelező Huzella elnökölt a Cambridge-ben tartott 3. Nemzetközi Kísérleti Sejttani Kongresszuson. Elnöki megnyitójának címe “A szövettenyésztés kapcsolatai a biológia általános és az orvostudomány különleges problémáival” volt. Huzella, Debrecenből Budapestre költözés után, 1930-ban magán biológiai kutató állomást is alapított Alsógödön, amely később ismert találkozó pont lett a hazai és külföldi biológusok körében, így a szövettenyésztőknek is. Itt látogatta meg Huzellát például Alexis Carrel, aki még évek múltán is elragadtatással nyilatkozott Huzella teljesítményéről. Huzella budapesti intézete adott otthon az Anatomische Gesellschaft 1939. évi kongresszusának, amelyet a sejt felfedezésének százéves évfordulója alkalmából szervezett. Nem vitás, hogy Paál és Huzella személye, valamint Haberlandt megválaszolatlan totipotencia teóriája, növényi hormon-elméletei a múlt század harmincas éveinek közepén a tehetséges Orsóst a növényi szövettenyésztés irányába fordították. A növényi szövettenyésztés nagy kérdéseinek megoldására való törekvés, mint recepciós probléma - egyidőben és versenyben Gautheretvel, Nobecourt-tal és White-tal - Budapest biológus köreiben is jelen volt. Orsós Ottónak tehát Budapesten módjában volt részleteiben megismerni mind Haberlandt eredeti teóriáit, mind az azokról készült hazai beszámolókat. Orsós Ottó leginkább Haberlandt közvetlen követője, munkájának magyar folytatója volt: kutatásaiban elsőként a Haberlandt által 1922ben összefoglalt sebhormon-kérdést kívánta megválaszolni, fehérje bomlástermékek között keresve a titokzatos sebhormont. Ennek érdekében Haberlandt módszerét fejlesztette tovább, és karalábé gumókból kimetszett szövetkockák felhasználásával Petri-csészékben agarral gélesített steril táptalajon nevelt, multifunkciós, in vitro kalluszindukciós, valamint szervregenerációs modellt dolgozott ki. E rendszer felhasználásával, megállapította, hogy a Haberlandt által feltételezett „sebhormon” és az un. “lepton” esetleg a tirozin lehet. Később a karalábé gumó présnedvéből kémiai úton tisztítással “szerképző”-extraktumokat állított elő. Orsós ezek steril táptalajhoz történő adásával a karalábégumó-kockák organogenezisét, és rizogenezisét különkülön tudta irányítani, melyet szövettani vizsgálatokkal követett nyomon. Megállapította, hogy a “hajtásképző faktorok elkülöníthetők a gyökérképződést és a sejtosztódást előidéző anyagoktól, valamint az esetleges járulékos tápanyagoktól.” Módosított White-féle (1934) táptalajt alkalmazva „anyaszövetről leválasztott, in vitro folyamatosan növő és átoltható, tiszta kallusztenyészetet” állított elő. Orsós a hajtásregenerációt követően teljes növényt is felnevelt. 1938-as dolgozatának megjelenését követően a francia Gautheret (1939) és Nobecourt (1943) megkísérelték a karalábé gumódarabkákból a teljes növény regenerációt; nem hivatkoztak Orsósra, azonban eredményeit ismerték. Ezt huszonegy évvel később, 1959-ben megjelent monográfiájában Gautheret ismerte el. Halála (1939) után Orsós eredményeit mind a külföldi kortársak, mind a későbbi utódok elfelejtették; neve napjainkig kimaradt a szövettenyésztés jelentős úttörőinek sorából. Azt írta Rapaics 1941-ben: “Orsós szervképző tényezővel fejlesztett karalábénövénykét leválasztott a tenyésztett szövetről, cserépbe ültette, ahol rendszeres fejlődésnek indult”…”Orsós azt is megfigyelte szövettenyészeteiben, hogy a karalábédarabka más felületein kallusz képződik. A kalluszt sikerült különválasztani a karalábészövetektől és magában tovább tenyészteni. E kallusztenyészetekkel azonban nem foglalkozhatott tovább korai halála miatt. Ahol Orsós abbahagyta, ott fogta meg a problémát White”. Eddig nem ismert új felfedezés, miszerint Orsós Ottó 1937-től a zöld géntechnológiát születésében kulcsfontosságú

- 10 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

baktérium, az Agrobacterium tumefaciens által fertőzőt szövetek in vitro morfogenezisével kezdett el foglalkozni. Első eredményeiről a Berlinben tartott, 12. Kertészeti Világkonferencia kiadványában francia nyelvű rövid közleményben számolt be. Összefoglalás - Következtetések Forráskutatások adatai alapján tényszerűen igazoltuk, hogy Magyarországon a tágabb értelemben vett biotechnológia hőskorában, 1897-1945 között alkotó, három rangos szakember örökségét napjainkig a Semmelweis-reflex kíséri. Munkásságuk eredetiségét a hazai kortársaik vagy nem ismerték fel, vagy elhallgatták. Nemzetközi összehasonlításban is kiemelkedő eredményeik méltó bemutatása nemcsak a szakkönyveinkből, hanem az oktatási-képzési dokumentumokból is kimaradtak. Ereky Károly biotechnológia-definícióját, eredményeit, nézeteit saját korában támadások érték, megmásították, vagy csak részben fogadták be, majd elfelejtették. Erekyt 1945 után kizárólag politikai ellenfélnek minősítették, és mint a híres orosz botanikus, Vavilov, börtönben halt meg. Jeltelen sírban nyugszik. Galambos Mária kutatási eredményeit a megfellebbezhetetlen tekintélyt és hatalmat élvező, felsőházi tag professzora, és a teljes hazai kertészeti szakma közönnyel fogadták; az utókor elismerése nélkül, megkeseredve halt meg. Orsós Ottó érdemeit előbb a külföldi kortársak hallgatták el, majd a hazai követők felejtették el. 1939. szeptember 01-én bekövetkezett öngyilkosságának okát részben meghamisították, és politikai-ideológiai körülményekkel hozták összefüggésbe. Jeltelen sírban nyugszik. Állíthatjuk, hogy a hazai biotechnológia szellemi gyökerei nem a számára kiszabott, természetes tudás-folyam egészséges bázisán fejlődtek ki az elmúlt évtizedekben. Ezt, a múltjára is méltósággal tekintő nemzet tudós társadalma nem teheti meg hátrányos következmények nélkül. A zöld géntechnológia hazai recepciója azért is ütközik nehézségekbe, mert sem a magyar közvélemény, sem a döntéshozók nem ismerik, nem értik kellő mélységben a múlt üzenetét. Sütő András szavaival: „havasi emberek mondják, hogy akkor kerülnek végveszélybe, ha lábuk nyomát befedte a hó”. Eredeti fényképek alapján a magyar biotechnológus úttörőkről poszthumusz portré festmények készültek; Orsós Ottó nevét vette fel a Debreceni Egyetem AGTC Növényi Biotechnológiai Tanszék laboratóriuma. Köszönetnyilvánítás Az ismertetett tudománytörténeti kutatásokat az Ereky Károly Biotechnológiai Alapítvány (Debrecen) végezte.

- 11 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

A GÉNTECHNOLÓGIA ALAPJAI, GÉNIZOLÁLÁSI STRATÉGIÁK Györgyey János MTA Szegedi Biológiai Központ, Növénybiológiai Intézet, Szeged A géntechnológia alapjainak megértéséhez kiindulási pontunk az a felismerés, hogy a földi élet genetikai kódja egységes. A fehérjéket meghatározó információ a nukleinsavak bázissorrendjében tárolódik és örökítődik tovább az utódsejtekre, és a bázishármasok alkotta kodonok ugyanazokat az aminosavat kódolják az embertől kezdve a növényeken át szinte az összes baktériumig. Ez az örökítő nukleinsav – az RNS vírusok kivételével – a DNS, mely ugyanabból a négyféle bázisból épül fel, és antiparalel kétszálú DNS-ként replikálódik. (1. ábra) Ennek a DNS-nek egyes jól körülhatárolható szakaszai a gének. 1. ábra Watson és Crick a DNS kettős spiral modelljével

Az első rekombináns DNS molekulákat a ’70-es években állították elő, és vitték át egyik élőlényből a másikba. Kezdetben baktriofágokkal, illetve baktériumokkal folytak a kísérletek, majd a baktériumok transzformációjának (génbeviteli módszerének) és a rekombináns DNS-technikáknak a rutinmunkává válásával elkezdődött a legösszetettebb állatok és növények génjeinek azonosítása is. A ’80-as 90-es évek jellemzője a különböző génkönyvtárak készítése és az egyes, meghatározott gének megkeresésére és molekuláris klónozására szolgáló módszerek széleskörű használata volt. Az izolált gének struktúrájának jellemzése (a fehérjét kódoló régió, a szabályozó szekvenciák megkeresése) mellett a gén kifejeződésének megismerése voltak az alapvető célok. Általában valamely tulajdonsághoz, fenotípusos jellemzőhöz, megismert fehérjéhez, illetve mutációhoz társítható géneket kerestek. Ez tulajdonképpen a klasszikus (forward) genetikai módszer lényege. A gének szabályozó régióinak megismerése többek között annak felismeréséhez is elvezetett, hogy szabályázó fehérjék, úgynevezett transzkripciós faktorok kölcsönhatási hálózata a gének promóterén keresztül irányítja egy-egy gén átírásának ki és bekapcsolását, működésének erősségét. (2. ábra)

- 12 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

2. ábra A gének átírásának alapelemei növényi promóterben

A DNS bázissorrendjének meghatározására – szekvenálásra – kidolgozott módszerek rohamos fejlődése és automatizálása a ’90-es években lehetővé tette a DNS tömeges szekvenálását, és ezzel elkezdődött először a prokarióták, majd később, az ezredforduló

3. ábra Különböző élőlények haploid genommérete (C érték)

- 13 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

környékére az első eukarióta élőlények, köztük az ember teljes genomszekvenciájának meghatározását. Természetesen a kisebb méretű, néhány millió bázispárból álló bakteriális genomok szekvenciájához képest a 10 gigabázist (milliárd bázispár) meghaladó búza vagy kétéltű genomok (3. ábra) szekvenálása még ma is komoly kihívás a tudomány számára. Napjainkig már több mint ezer különböző baktérium teljes genomja ismert, de 38 eukarióta genomszekvenálása is befejeződött, több mint háromszáz új genomszekvenciának már az összeállítása folyik jelenleg, és még sokszáz másik szekvenálása megkezdődött. (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/genome). Ennek a – köznapi megfogalmazásban legtöbbször tévesen géntérképnek nevezett – genomszekvenciának a megismerése nyitotta meg az utat a teljes genomok komplex vizsgálatának, a genomikának a kifejlődéséhez. Egyrészt a rendelkezésre álló, nyilvános, jól kereshető adatbázisok és a különböző PCR-ek (polimeráz láncreakciók) széleskörű használata nagyságrendekkel könnyebbé és gyorsabbá tette az egyes gének azonosítását, másrészt a rendelkezésre masszív paralel szekvenálási módszerek (4. ábra) kifejlesztése lehetővé tette az ismert genomok szekvencia-változatainak gyors meghatározását, a populációkban előforduló allélvariánsok hatékony megismerését is. Ahogy a molekuláris, génklónozási módszerek laboratóriumi rutinná váltak, a klasszikus ge4. ábra netikai megközelítések mellett Egy nagy tömegű párhuzamos szekvenálási módszer sémája teret nyertek a reverz-genetikai (Focus on Next-Generation Sequencing, módszerek is. Ezek közös jelNature Biotechnology, October 2008 Volume 26, No 10). lemzője, hogy a klónozott gének funkcióit, fenotípusát, genetikai programban betöltött szerepét derítik ki. Ezt szolgálják többek között a különböző mutáns populációk: T-DNS taggelt, transzpozon taggelt és ún. TILLING populációk, melyek mind lehetőséget adnak arra, hogy a kutató a korábbi több éves egyedi mutáns-izolálási programok helyett 1-2 hónapon belül megtalálja ezekben az általa vizsgálni kívánt gén inszerciós, vagy pontmutáns változatát. A mutációk mellett a géncsendesítés (silencing) is hatékony módszer a funkcionális vizsgálatokra. Létre tudunk hozni olyan génkonstrukciókat, melyeket a sejtekbe beépítve kiváltjuk az adott saját gén elcsendesítését, azaz működésének leszabályozását, és az így kapott fenotípusból következtetünk a gén szerepére. Ennek ellenkezője érhető el egy adott géntermék túltermeltetésével, olyan génkonstrukciók létrehozásával, melyek az adott fehérjét nagyobb mennyiségben termelik a szokásosnál, illetve

- 14 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

olyan sejtekben, vagy olyan időszakokban is keletkezik a géntermék, ahol, vagy amikor az nem szokott, így változtatva meg az élőlény, a génmódosított növény tulajdonságait. Természetesen egy mutáció, silencing, vagy túltermeltetés nem feltétlenül okoz látható változásokat. Azonban a funkcionális genomika a DNS-chip technológia révén lehetőséget ad arra, hogy minden megváltozott, vagy megváltoztatott növényben, illetve annak egyes szerveiben, szöveteiben is részletesen és párhuzamosan vizsgálhassuk több tízezer gén kifejeződési szintjét. Ez a módszer egyébként alkalmas arra is, hogy olyan géneket azonosítsunk vele, melyeknek működése csak bizony fejlődési állapotokhoz, környezeti hatásokhoz, vagy éppen szövettípusokhoz köthető.

- 15 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

GÉNBEVITELI ÉS SZELEKCIÓS MÓDSZEREK Pauk János Gabonakutató Non-profit Kft. Biotechnológiai Osztály, Szeged

Joggal kérdezhető, miért van ilyen nagy tudományos jelentősége a génátvitelnek és a köré kialakult tudománynak? „Divathullámról van szó”, jobb, ha mérsékletet mutatunk, mondják a megfontoltak, de valójában nem erről van szó, hanem a megszokott, dolgaink alapvető megváltozásáról, egy új kutatási trend kialakulásáról. Genetikai, nemesítési kutatásaink hosszú évtizedeken keresztül – a gyakorlati kutatásból kiindulva - az egyed, a populáció fenológiai, morfológiai elbírálásából indultak ki és ezekből az adatokból következtettünk, számítottuk ki, hogy milyen génekkel dolgozunk. A genomika korszakától, ennek a megközelítési módnak az ellenkező irányba történő megváltozásáról van szó. Ma már, sok esetben ismerjük a DNS szekvenciát, amely számunkra valamilyen szempontból fontos tulajdonság mögött áll. Egyre több módszer áll rendelkezésünkre, hogy a DNS szekvenciából kiindulva, tudatosan szelektáljunk, hozzunk létre genotípust, egyedet, populációt. Ebben az új megközelítésben a genetikai információ pontos ismeretéből indítjuk el a kívánt genotípust. Persze mint minden új elgondolás, a DNS alapú munka is sok nehézséget rejt magába, de ez nem jelenti azt, hogy az új irányvonal válságjeleket mutat. Annál inkább jelenti a fejlesztés a tökéletesítés szükségességét. Génátvitel, genetikai transzformáció Érdekes dolog, hogy gének hagyományos úton történő átvitelére, már jóval a DNS felfedezése előtt is sorkerült, csak a részletek még nem voltak ismertek. Az 1800-as évek közepétől tudatos módszerek alakultak kis fontos genotípusok, fajták létrehozására. Ma ezeket a módszereket hagyományos vagy hangzatosabban klasszikus módszereknek nevezzük. Annak ellenére, hogy konkrétan tudták volna a kísérletezők, hogy mely gének átviteléről van szó, a módszerek alkalmasak voltak arra, hogy géneket „összegyűjtsenek” egy-egy új genotípusba. Csak később vált nyilvánvalóvá és tudatossá (az 1950-es évektől), hogy itt valójában gének, DNS szekvenciák átviteléről, működtetéséről van szó. A legrégebbi génátviteli eljárások, a földi élet elindulása óta, a keresztezés és a klónozás. Az első a genetikai variabilitás növelésére, új formák kialakítására, még a második, éppen a meglévő genetikai anyag változatlan formában történő továbbadására alkalmas. Napjainkban azokat a módszereket nevezzük génátviteli, géntranszformációs módszereknek, amelyek tudatos DNS szekvencia (klónozott, szekvenált) alapján, vektormolekulában beépítve kerülnek átvitelre. A következőkben ezeknek az átviteli módszereknek a rövid áttekintésével foglalkozunk. A módszerek, eljárások Talán közhelyként hangzik, de így van, a genetikai transzformáció módszerét a természettől tanulta el a tudomány, konkrétan az Agrobacterium talajbaktériumtól. Éles szemű botanikusok és genetikusok felfigyeltek rá, hogy ez a talajbaktérium genetikailag gyarmatosítja a megfertőzött növényt. Ez a felismerés a vezetett a genetikai transzformáció részlépéseinek feltárására, megismeréséhez. Az első tudatos transzformációs eredmények az 1980-as évek elején jelentek meg. Fontos megjegyeznünk, hogy az első nemzetközi eredményeket követően néhány évvel már az első hazai eredmények is megszülettek, amikor szegedi kutatók a lucerna

- 16 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

növényt transzformálták sikeresen a Szegedi Biológia Központban. Az Agrobacterium rendszer napjainkra nagyszerű pályát futott be, a nagyon bonyolult eljárásoktól, a végtelen egyszerű, in vitro rendszert nem is igénylő virágzat bemerítéses eljárásig, nagyon sok felhasználási területe van. A rendszer kiszélesítésének sokáig egy fontos akadálya volt, hogy az Agrobacterium csak kétszikű növényeket fertőz meg (kétszikűek a gazdanövényeik). A mezőgazdaságilag fontos fajok (pl. Zea mays L., Triticum aestivum L. stb.) jelentős számban egyszikűek. Ezért a transzformációs kutatások egész arzenálja indult meg a 80as, 90-es évek kezdetétől, hogy megfelelő módszereket alakítsanak ki, a genetikai anyag átvitelére. A legegyszerűbb módszernek a pollentömlőbe bejuttatott DNS módszere látszott. Ennek során az izolált DNS-t, a megporzást követően a pollentömlőbe jutatták be. Ettől a pillanattól a természetes megporzási folyamattal párhuzamosan várták, hogy az idegen DNS bejut a magkezdeménybe, majd a fejlődő magba. Ennek a módszernek voltak közölhető eredményei, de a sok bizonytalansági tényező miatt, a pollentömlő transzformáció nem bizonyult hatékony transzformációs módszernek. Majdnem két évtizeden keresztült azt gondoltuk, az izolált protoplasztok transzformálása hozza majd meg a módszertani áttörést a transzformációban. Ez a közvetlen génbeviteli módszer protoplaszt izolálást és DNS jelenlétében polietilén-glikol (PEG) kezelést igényelt. A PEG kitágította a protoplasztok pórusait és a transzformáló oldatba adagolt DNS a sejthártya pórusain át bejutott a sejtekbe. A PEG kezelés megszüntetése után a pórusok bezáródtak, a sejtmembrán és a sejtfal is regenerálódott. A sejtekben „maradt” DNS a sejtosztódás megfelelő szakaszában – szerencsés esetben - beépült a befogadó sejt genomjába. A módszernek jelentős hátránya, hogy növény-regenerálásra alkalmas szuszpenzió kialakítását feltételezte. Sajnos a szuszpenziók gyorsan elveszítik regeneráló képességüket, vagy olyan jelentős genetikai változást szenvednek (szomaklonális variabilitás), hogy gyakorlati célú felhasználásuk jelentősen csökken. A mi csoportunk is közel tíz évet fordított a búza és rizs protoplaszt-növény rendszer kialakítására. A regenerálható szuszpenzió kialakításával szerzett tapasztalatokat viszont később jól tudtuk használni a kiszélesztett szuszpenziós tenyészetek génbelövésére. Ezen a területen egészen kiváló eredmények is születtek pl. kukorica transzformáció terén (Mórocz Sándor). Ezek az eredmények újra a szegedi kutatók hírnevét öregbítették. Szövetek és sejtek DNS elektroporációjával is jelentek meg biztató gébátviteli közlemények. Ez az eljárás protoplasztokat vagy szöveteket helyezett megfelelő folyékony környezetbe és elektromos feszültséggel kezelte a sejteket, szöveteket. Elektromos hatásra, a sejtek falán található pórusok - hasonlóan, mint a PEG hatás alatt – kitágultak és ez idő alatt az oldatba adott DNS molekulák talajdobképpen beúsztak a sokkolt sejtekbe. Az elektromos hatás megszűnésével a sejtek membrán-szerkezete visszarendeződött és a „bezárt” DNS molekulák a következő osztódás kapcsán szerencsés esetben beépültek a fogadó genomba. Ez az eljárás sem fejlődött rutinmódszerré, annak ellenére, hogy néhány laboratórium szép eredményeket közölt. Ismert egy olyan megoldás is, ami a génbelövéshez hasonlóan, de nem lövedékkel, hanem speciális mikro tűkkel (szilícium-karbid) juttatott be DNS-t sejtekbe. A kezdeti sikerek után, ennek a módszernek sem találjuk meg a szélesebb alkalmazási területét. Az eddig említett módszerek elterjedését bizonyos mértékig akadályozta a génbelövéses módszer gyors feltűnése, sikere és elterjedése. A laboratóriumok többsége a 90-es évek elejétől elkezdte a részecskebelövés elvén működő génpuska használatát. Az igazi áttörést ez a módszer hozta meg az egyszikűek transzformációjában. A gének mesterséges bejuttatására módszertani szempontból a legnagyobb jelentőségű volt az amerikai Cornell Egyetemen kifejlesztett részecskebelövő berendezés, népszerű

- 17 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

nevén génpuska. Ez a berendezés az emberiség több ezer éves “lövöldözési rögeszméét” egy genetikai lépés újszerű megoldására használta fel. Az első fertilis búza transzformációt is ezzel a módszerrel hozták létre kaliforniai kutatók. Két különböző eredetű (Streptomyces hygroscopicus - bar, Escherichia coli - uidA) mikrobiális gént jutattak be búzába, melyek jelenlétét és működését hitelesen bizonyították. Esetükben a tavaszi búza éretlen embrióinak génbelövésétől a traszgénikus növények virágzásáig mindössze 168 nap telt el, azaz kevesebb, mint fél év. A transzformációs eredményt később mások is, közöttük mi magunk is sikeresen megismételték, kisebb módszertani fejlesztéseket közölve. Valamennyi eredményben közös vonás, hogy bar herbicidrezisztenciát kódoló gént jutatták be búzába. Ezt a gént - mint marker gént – növény transzformációkban ma már széles körben használják különböző foszfinotricin (ppt) hatóanyagú szelekciós rendszerekben. Több kutató csoport is megerősítette, hogy a részecskebelövés elvén működő genetikai transzformáció nagyon hatékony és gyors módszer. Hazánkban is több csoport dolgozik ezzel a rendszerrel sikeresen, sőt a gödöllői MBK-ban egy berendezés szabadalmára is sorkerült, amelyet sikeresen használnak a világ különböző laboratóriumában. Saját búza transzformációban elért eredményeinkről 1998-ban számoltunk be. Munkánk során bar gént jutattunk be búzába és a szelekciós szakasz fontosságát hangsúlyoztuk. A gondos szelekció magasabb rezisztens kalluszhozamot eredményezett, és minden regenerált transzformáns növényben bizonyítottuk a foszfinotricin acetil transzferáz (PAT) enzim aktivitását. A transzgénikus növényekkel később különböző kísérleteket végeztünk. Abból indultunk ki, hogy az Agrobacterium-os rendszer az egyszikűeknél nem használható genetikai transzformációra. Mára (mint a mesében) ez a gond is elhárult és az egyszikű növények transzformálására a baktériumos fertőzésre alapozott eljárás ugyanolyan biztonsággal és eredménnyel használható, mint a kétszikűeknél.

Transzgenikus búzanövények felnevelése génbelövést követően (Pauk János kísérlete) a) génpuska; b) transzformáns sejtek, szövetek túlélése herbicidet tartalmazó táptalajon; c) hormonmentes táptalajon a szövetek zöldülése és differenciációja; d) búzahajtás regenerációja transzformált szövetekből; e) talajba kiültetett idegen gént hordozó búzanövények; f) a GM-búzanövény kalászai Köszönetnyilvánitás: Köszönetünket fejezzük ki a GVOP-3.1.1.-2004-05-0096/3.0 sz. projectnek, amely a kutatások egy részét anyagilag támogatta.

- 18 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

ABIOTIKUS STRESSZ REZISZTENS GM NÖVÉNYEK Horváth V. Gábor tudományos főmunkatárs, MTA Szegedi Biológiai Központ Növénybiológiai Intézet, Szeged

Napjainkban a környezeti tényezők fokozott ütemű változása megfelelő stratégia kidolgozását igényli a hagyományos nemesítéssel foglalkozó intézményektől és a molekuláris biológia eszközeivel dolgozó növényi biotechnológusoktól egyaránt. Különösen igaz ez akkor, ha figyelembe vesszük, hogy a nemesítés manapság egyre inkább segítségül hívja és igényli az új tudományos módszereket; a másik oldalról tekintve pedig megállapíthatjuk, hogy a molekuláris biotechnológia eszközeivel előállított elsődleges transzgenikus növények pozitív tulajdonságaikat főként nemesítési programok részeként, új fajtákban tudják megjeleníteni. A káros környezeti stressz hatások által a mezőgazdaságnak okozott károk megbecslését segíti az alábbi táblázat. Ebben hat fontos gazdasági haszonnövény optimális körülmények között elérhető maximális termésmennyiségét és az átlagos termés értékeit összevetve kiderül, hogy az abiotikus stressz hatások a termés 60-80 %-os veszteségét idézik elő. Egyértelmű tehát a törekvés: megfelelő művelési körülmények és új növényfajták alkalmazásával csökkenteni kell a környezeti stressz hatások kártételeit.

A költséghatékony és a környezetet legkevésbé terhelő technikák között első helyen szerepel az új, stressz tűrő növényfajták termesztésének elterjesztése. A növény védekezőképességének növelésére a célzott génbevitel a leghatékonyabb módszer, ennek segítségével irányítottan változtathatunk meg egy tulajdonságot, egy tulajdonság csoportot vagy idézhetjük elő a környezeti hatásokkal szembeni ellenálló képesség általános megnövekedését. Az 1980-as évek elejétől vált általánosan elérhetővé a technológia, mellyel Agrobaktérium által közvetített módon lehetett genetikailag módosított növényeket előállítani, illetve más módszerek alkalmazásával (elektroporáció, „génbelövés”) közvetlenül sikerült plazmid konstrukciókat a növényi sejtbe juttatni. A technológiák alkalmazásával könnyen kialakíthatóvá vált a kívánt gént hordozó transzgenikus növény, a nagy kihívást ezután a bejuttatásra szánt gén(ek) kiválasztása jelentette.

- 19 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

A növények biotikus stresszel szembeni védekezését elősegítő technikák sikeres transzgenikus fajták előállításához vezettek. A gazdasági előnyök miatt gyorsan elterjedtek a herbicid rezisztens, a vírus rezisztens és a rovarkártevőknek ellenálló genetikailag módosított növények. Az abiotikus stresszt (mint az aszály, ár- és belvíz, túl magas illetve alacsony hőmérséklet, a talaj magas sótartalma, stb.) jobban tűrő fajták előállítása azonban csak napjainkban jutott el abba a fázisba, hogy termesztésük a megfelelő engedélyek megszerzését követően nagy területen lehetővé váljon. Ennek okai között említhető az, hogy az egyes élettelen környezeti hatásra adott hatékony válasz több gén megemelkedett kifejeződésének eredménye; a különböző stressz hatásokra más-más génkészleteknek kell bekapcsolódniuk és fontos szempont, hogy a védőhatást biztosító gén(ek) működése ne legyen negatív hatással a termés mennyiségi és minőségi jellemzőire. A fentiek megvalósulását különböző módokon érhetjük el: olyan gének bevitelével, melyek egy előnyös hatású molekula szintézisét valósítják meg, vagy olyan szabályozó gének (transzkripciós faktorok) termeltetésével, melyek a védekezésért felelős gazdagéneket a megfelelő koordinációval aktiválják. Az első csoportba tartoznak például az emelt szinten prolint, glicin-betaint, trehalózt vagy különböző cukor-alkoholokat (szorbitol, mannitol, stb.) szintetizáló növények. Ezek esetében a felhalmozott metabolit az ozmotikus és só stressz körülményei között ún. kompatibilis ozmotikumként az ozmotikus egyensúly fenntartásával és a biomolekulák hidrátburkának stabilizálásával védi a sejtet a káros hatásoktól. Ennek azonban ára van: az ozmotikum több tíz-száz mM koncentrációban fejti csak ki előnyös hatását, ilyen arányú szintézis azonban energiaigényes és a növekedés, a termésmennyiség csökkenését eredményezi. Nagy koncentrációjú ozmotikum jelenléte a termésben pedig annak beltartalmi, élvezeti értékét ronthatja. A génkifejeződés szabályozóinak, a transzkripciós faktoroknak bevonása a transzgenikus technológiába triviális választás volt. A megfelelően kiválasztott transzkripciós faktor túltermelése ideális esetben a védekezésben szerepet játszó gének egész palettáját aktiválja. Azonban ez a folyamat is csak a stressz hatásának korai fázisában történhet meg anélkül, hogy a folyamatosan bekapcsolt gének ne okoznák a növekedés lassulását. Természetes tehát, hogy a megfelelő transzkripciós faktor mellett a jó időzítéssel működésbe lépő promóter (a gén előtt elhelyezkedő, a génkifejeződés szabályozásában szerepet játszó DNS részlet) is a sikeres védekezés záloga. A mezőgazdaságnak általánosságban legnagyobb kárt okozó környezeti hatás, az aszály kivédésének jelen pillanatban két teljesen kidolgozott és részletesen vizsgált, sikeres transzgenikus megoldása ismert. Nelson és munkatársai 2007-ben írták le azt, hogy egy alapvető transzkripciós faktor, az NF-Y egyik alegységének túltermelése számottevően javítja mind a kétszikű lúdfű, mind az egyszikű kukorica aszálytűrését. Az NF-Y transzkripciós faktor három eltérő fehérjéből áll, heterotrimer formában aktív. A gombáktól az emlősökig az alegységeket minden esetben egy-egy gén kódolja, azonban a növények esetében tíz közeli az alegységeket kódoló gének száma, ami azt sugallja, hogy az eltérő alegységekből összeálló komplex tulajdonságai is változhatnak. Egy nagyarányú vizsgálat, mely a lúdfű (Arabidopsis thaliana) stressz válaszát szabályozó transzkripciós faktorok azonosítását tűzte ki célul, azonosította azt az NF-YB alegységet, melynek állandó túltermelése biztosította a transzgenikus lúdfű magasabb stressz ellenállóságát, növekedési és termés mennyiségi retardáció nélkül. Az adott gén kukorica ortológját azonosítva és klónozva bizonyíthatóvá vált a túltermelés előnyös hatása kukoricában is (1. ábra). Az eredmény fontosságát az adja, hogy a szántóföldi körülmények között is jó

- 20 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

ellenálló képességgel rendelkező növényt sikerül előállítani, néhány esetben a génmódosított fajta éves termésátlaga a kontrollét 50 %-al meghaladta.

1. ábra. A kukorica NF-YB2 transzkripciós faktor alegység állandó túltermelése jelentősen megnöveli az aszálytűrést. A képen a bal oldalon a kontroll, jobb oldalon a transzgenikus kukorica növények láthatóak. (Forrás: Nelson et al. PNAS 2007; 104: 16450-16455.) A másik sikeres megközelítés is egy jól ismert jelenség kihasználásán alapul. A különböző stressz hatások során nemcsak a fehérjék vesztik el természetes térszerkezetüket, de az RNS molekulák is olyan konformációt vehetnek fel, melyben fehérjévé történő lefordításuk alacsony hatékonyságú. Az RNS-chaperonok stressz során minden organizmusban nagy mennyiségben termelődnek és segítik az RNS molekulákat natív konformációjuk fenntartásában. A Bacillus subtilis CspA és CspB fehérjéket (mindketten RNS-chaperonok) termelő génmódosított kukorica növények az előzőekben ismertetetthez hasonló mértékben emelték meg a növény stressz ellenállóságának szintjét. Ez a génmódosított kukorica azért szolgáltat különösen értékes eredményeket, mert egy széleskörű, nagy termésterületen történő több éves kísérlet értékelését tehetjük meg. A 2. ábrából kiderül, hogy a génmódosított kukorica legnagyobb előnye a bármely termesztési körülmények között megnyilvánuló termésnövekedés. Igaz ez az aszály által súlyosan érintett, alacsony termésátlagot mutató és a közel optimális körülmények között termesztett növények esetében is.

- 21 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

2. ábra. A transzgenikus (sötét kör) és a kontroll (üres kör) kukorica termésátlagai három év átlagában az Egyesült Államok különböző termőhelyein (Forrás: Castiglioni et al. Plant Physiol. 2008; 147: 446-455.) A stressz hatások felborítják a sejten belüli redukáló és oxidáló folyamatok egyensúlyát és a molekuláris oxigént használó összes élőlény esetében ez reaktív oxigén spécieszek (ROS) keletkezéséhez vezet. Ezek hatékony eltávolítása megnövekedett stressz tűrést eredményez, azonban a megmaradó ROS a membránok telítetlen zsírsavjaival léphet reakcióba. Ennek eredményeként reaktív karbonil vegyületek jönnek létre, melyek hosszú életidejük és jó diffúziós képességeik következtében a sejt egészében kárt tehetnek. Az ilyen vegyületek eltávolítása is megfelelő stratégia a stressz rezisztens növények előállítására. A Szegedi Biológiai Központ és a Gabonakutató Non-Profit Kft. kutatói a lucerna aldóz reduktáz gén (MsALR) beépítésével hoztak létre transzgenikus búza növényeket. Az aldo/keto reduktázok szubsztrátok széles körét redukálják NADPH kofaktor felhasználásával. Mivel a reaktív karbonil vegyületek számos képviselőjét is veszélytelen alkoholokká alakítják át, a túltermelésükkel széles spektrumú stressz tolerancia valósítható meg. Ezt bizonyították a transzgenikus dohány növényekkel kapott eredmények és hasonlóak várhatók az MsALR gént kifejező búzáktól is (3. ábra). Ez utóbbiak bevonása a nemesítési programokba lehetővé teszi a káros környezeti hatásoknak jobban ellenálló hazai búzafajták előállítását.

- 22 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

CY-45 kontroll búza

AKR 284 transzgenikus búza

3. ábra. A CY-45 tavaszi búza és a belőle előállított, az MsALR fehérjét termelő transzgenikus búza növekedése az szabályozott szárazság stressz körülményei között

- 23 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

BIOTIKUS STRESSZREZISZTENS GM NÖVÉNYEK Jenes Barnabás tudományos főmunkatárs Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóközpont, Gödöllő

A gabonafélékhez tartozó búza legfontosabb gombabetegségei közé tartoznak a levél (Puccinia recondita f. sp. tritici) és szárrozsdák (Puccinia graminis f. sp. tritici), a gabonalisztharmat (Erysiphe graminis) és a fuzáriumos megbetegedés (Fusarium oxisporum). A búza és egyéb gabonafélék gombabetegségekkel szembeni ellenállóképességét a növénynemesítők hosszú ideje próbálják megváltoztatni annak érdekében, hogy a betegségek fellépésének következményeként jelentkező terméskiesést minél jobban csökkentsék. A nemesítők elsősorban a természetes rezisztencia géneket használják, építik be az újabb fajtákba, azonban nincs minden jelentős kórokozóval szemben megfelelő természetes rezisztencia gén, illetve a kórokozók változékonysága következtében folyamatos gondot okoz a hatékony rezisztencia kialakítása. Mivel a hagyományos nemesítés által felhasznált természetes rezisztanicagének beépítésével nem sikerült átütő eredményt elérni, a kutatók egyre gyakrabban próbálkoznak a biotechnológia eszközeivel, többnyire genetikai transzformációval elérni a kívánatos rezisztencia szintet. A következőkben néhány lehetséges transzgénikus megközelítést ismertetünk a gabonarozsdák valamint a gabonák lisztharmat betegsége elleni védekezésre. A búza fontosabb betegségei A búza széleskörű elterjedésének köszönhetően rengeteg kórokozó gombafaj specializálódott erre a fajra. A gombákat a parazitálási módjuk alapján három csoportba oszthatjuk: biotróf, nekrotróf, és szaprotróf kórokozókra. Biotróf kórokozói közé tartoznak a lisztharmat (Erysiphe graminis f. sp. Tritici), és a rozsdagomba (Puccinia sp.) fajok. Az agresszívebben fellépő, a növény sejtjeit is elpusztító nekrotróf gombakártevői pedig a különböző Fusarium spp. és Septoria spp. fajok lehetnek. A rozsdagombák által okozott termésveszteség elérheti akár a 70%-ot is. (Barabás, Matuz, 1983). Az őszi búza betegségei közül csak a biotróf és a nekrotróf gombák bírnak jelentőséggel. Az előbb említett típusok táplálkozásmódjukban jelentősen eltérnek egymástól (Babrik, Lajos, 2008). Biotróf, tehát a növényt el nem pusztító kórokozó a búzalisztharmat (Blumeria graminis f.sp. tritici), amely hausztóriumai segítségével a növény tápanyagaival, anyagcseretermékeivel táplálkozik. Szaporító képletei (kleisztotéciumai) segítségével a fertőzött növényi maradványokon telel át. Tavasszal ezekből aszkuszok fejlődnek, amelyből kiszabadulnak a gomba ivaros szaporító képletei az aszkospórák. Az elsődleges (primér) fertőzést ezek alakítják ki, majd idővel a micéliumon fejlődő konídiumok (ivartalan szaporító képletek) fertőzik tovább az állományt. Világszerte elterjedt kórokozó, nagy terméskiesést, és minőségromlást okozhat. A betegség termésben okozott kártételét évjárattól függően 5-30 % közé teszik (Babrik, Lajos 2008). A rozsdagombák (Puccinia spp.) biotróf jellegükből adódóan jelentős élettani változásokat hoznak létre a növényben, aminek következményeképpen csökken a fotoszintézis, és az anyagcsere, a légzés valamint a párologtatás pedig fokozódik. Az asszimiláták áramlásának útvonala megváltozik a kórokozó irányába. Mindezek miatt vízvesztés, kényszerérés következik be, a szemek megszorulnak, csökken a fehérje-, köztük a sikértartalom. A rozsdagombák által okozott termésveszteség évjárattól és agrotechnikától függően elérheti az 50-60%-ot (Babrik, Lajos 2008). A levélrozsda (P. recondita Rob.ex Desm. f.sp. tritici), vagy más néven

- 24 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

vörösrozsda a búza leggyakoribb rozsdabetegsége hazánkban. Kisebb-nagyobb mértékben minden évben előfordul. A tünetek főként a levélen jelentkeznek. A vörös színű uredotelepek felszakítják a levél epidermiszét. A gomba kétsejtmagvas teleutospórákkal telel át, de hazai viszonyok között uredomicélium illetve uredospórák formájában is fennmaradhat enyhébb hideg esetén. Az elmúlt évtizedben a vörösrozsda 1999-ban, 2001-ben és 2004-ben okozott jelentősebb járványt (Babrik, Lajos 2008). A feketerozsda (Puccinia graminis f.sp. tritici) tünetei leggyakrabban a száron, és a levélhüvelyen jelentkeznek, ahol rozsdabarna színű apró urodeotelepek jelennek meg. Majd a búza érésekor ugyanitt fekete teleutotelepek képződnek az áttelelő teleutospórákkal. Több, mint 200 rassza ismeret, amik a különböző búzafajtákra specializálódtak (Bán, 2006). 1999-ben, William Wagoire az Ugandában található Kalengyere-i kutatóállomáson végzett parcellás búzakísérletein fedezte fel a később dél-afrikai Bloemfonteine Egyetemen Zak Pretorius által azonosított új típusú szárrozsda rasszot, amit a felfedezés helye és ideje után Ug99-nek neveztek el (1. ábra). A kórokozó igen agresszív, az egyik legelterjedtebb Sr31-es rozsdarezisztencia génnel rendelkező fajtákat is képes megfertőzni (Pretorius et al., 2000). Rohamos terjedésének köszönhetően átjutott a Vörös-tengeren és 2007-ben Iránban azonosították, egyes feltételezések szerint már Ukrajnában is megjelent. A kórokozó órák alatt képes megfertőzni a növényt, melyek napok alatt megfeketednek, és elszáradnak. Kenyában és Ugandában 80%-os terméskiesést eredményezett. 2008 áprilisában, a Cornell Egyetem (Ithaca, New York állam) vezetésével születetett meg az új rozsda megfékezésére irányuló kollaboratív törekvés, melyben 17 kutatóintézet vesz részt szerte a világban. A program neve: Durable Rust Resistance in Wheat (www.wheatrust.cornell.edu). A kutatók eddigi eredménye 60 ellenálló búza törzs, amelyek felhasználásával tervezik fokozni a helyi fajták toleranciáját. Norman Borlaug Nobel-békedíjas mezőgazdász szerint az Ug99 képes elpusztítani a világ összes kenyérgabonáját (Origo hírportál, 2009).

1. ábra. Az Ug99 szárrozsda tünetei búzán (http://ars.usda.gov)

- 25 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

A nemesítők elsősorban a természetben előforduló, hagyományos keresztezési eljárásokkal alkalmazható rezisztencia géneket használják, keresztezik át az újabb fajtákba, azonban nincs minden jelentős kórokozóval szemben megfelelő természetes rezisztencia gén, illetve a kórokozók változékonysága következtében folyamatos gondot okoz a “gén a génnel szemben” nemesítési elv alapján a hatékony rezisztencia kialakítására. Hogyan védekezik a búza? A növények, ezen belül a gabonafélék és a búza is, kórokozó gombák támadása esetén rendelkeznek védekező mechanizmussal. E komplex ellenválasz része az úgynevezett PR (pathogenesis related) enzimek termelése. Meghatározó szerepük van ezen belül a kitinázoknak és az -1,3-glükanázoknak gomba gátló aktivitásuk miatt (Stintzi et al., 1993), a gombák túlnyomó többségében ugyanis a sejtfal két fő építőeleme a kitin, és az 1,3-glikozidos kötésekkel felépülő –glükán (Sahai és Manocha, 1993). A gombák sejtjeit jól definiált sejtfal határolja, mely védi a környezeti hatásoktól, és a sejt alakját is kialakítja. Sejtfalát három réteg építi fel, egy a–glükán, egy b–glükán, melyet egy glükoprotein réteg határol (Grün, 2003) (2. ábra).

2. ábra. A gombasejtfal szerkezeti felépítése (Grün, 2003) Mindezeken kívül cellulózt is tartalmazhat az egyes gombák sejtfala. A különböző építőelemek aránya fajtól függően eltérő. Sőt, a fonalas gombák esetében, az apikálisan növekedő hifacsúcs sejtfalának összetétele folyamatosan változik, a fokozott anyagcsere következtében (Szentirmai, 2009). Hogyan támogathatuk a rezisztenciát a molekuláris nemesítés eszközeivel? A természetes védő mechanizmusok gyakran nem nyújtanak elégséges védelmet, annak ellenére, hogy például ha rozsdagombás fertőzés történik akár a levélen, akár a száron, a környezetben lévő sejtekben azonnal beindul a már fent említett enzimek termelése. A búza gombákkal szembeni rezisztenciáját már többen próbálták különféle megközelítéssel növelni. Mivel a hagyományos nemesítés által felhasznált természetes rezisztanicagének

- 26 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

beépítésével nem sikerült átütő eredményt elérni, a kutatók egyre gyakrabban próbálkoznak a biotechnológia eszközeivel (Haran et al., 1996; Goldman et al., 1994; Lorito et al., 1993, 1998) ezen belül, genetikai transzformációval elérni a kívánt rezisztenciát. Növényi, illetve baktérium eredetű kitinázgéneket hordozó transzgénikus növények létrehozására, a kórokozó gombák elleni rezisztencia növelése érdekében már a 90-es években is folytak kísérletek (Schickler és Chet, 1997). Az előadás folyamán ismertetünk néhány nemzetközi eredményt majd az intézetünkben folyó kísérletek közül a gabonarozsda és a gabonalisztharmat rezisztencia beépítésére alkalmazott stratégiánkat, amelynek lényege az alábbiakban foglalható össze: Előkísérletekben rozsdarezisztencia kiváltására egyszikű növényekben hatékonyan működő konstitutív promóterrel szabályoztunk gomba sejtfalbontó enzimgéneket, biztosítva ezzel a géntermék folyamatos jelenlétét a növényben. Az előállított transzgénikus vonalak közül több jelentős rezisztenciát mutatott a fertőzéses kísérletek során. A továbbiakban a búza egyik saját, nagy hatékonyságú, zöld-szövet specifitást biztosító genetikai szabályozóelemét alkalmazzuk a sejtfalbontó enzim gén expressziójának kontrollálására. Az árpában folyó genetikai kutatások megmutatták, hogy az Mlo gén természetes populációkban előforduló mutáns allélje (mlo) széles spektrumú rezisztenciát okoz az árpát fertőző árpalisztharmat ellen. A búza esetén ilyen széles spektrumú rezisztencia nem ismert. Előkísérleteinkben az Árpa Csíkos Mozaik Vírus (BSMV) alapú vektort alkalmaztuk a búza Mlo génjének inaktiválására. A vírusfertőzött növények leveleinek lisztharmatfertőzési tesztje azt mutatta, hogy azokban a növényekben, melyekben a géncsendesítés folyamata beindult és Mlo specifikus kis RNS-ek halmozódtak fel, jelentős lisztharmatrezisztencia alakult ki. A következő lépésben elkezdtük a transzgénikus búza növények előállítását amik majd maguk termelik a specifikus mikroRNS-t, amely elcsendesítve az Mlo gént lisztharmat rezisztenciát indukál. Felhasznált és ajánlott irodalom Babrik Zs., Lajos M. (2008): Agrofil-SZMI Kft., http://www.agrofil.hu/agro/őszi-búzagomba-betegsége Bán R. (2006.): Növénykórtan, Szent István Egyetem, Gödöllő egyetemi jegyzet, 6-13 pp. Barabás Z., Matuz J. (1983): A levélrozsda- és a lisztharmat-epidémia, illetve különféle rezisztenciatípusok befolyása őszibúza-genotípusok termésére. Növénytermelés, 32 (3): 193–198. Clausen, M., Kräuter, R., Schachermayr, G., Potrykus, I., Sautter, C. (2000): Antifungal activity of a virally encoded gene in transgenic wheat. Nature Biotechnology, 18: 446-449 Goldman, G., Hayes, C., Harman, G. E. (1994). Molecular and cellular biology of biocontrol by Trichoderma spp. TIBTECH, 12:478-482. Grün CH. (2003): Structure and Biosynthesis of Fungal a-Glucans. Ph.D. dissertation , Univ. Utrecht. Haran, S., Schickler, H. and Chet, I. (1996). Molecular mechanisms of lytic enzymes involved in the biocontrol acticity of Trichoderma harzianum. Microbiology 42:2321-2331. Lorito, M., Harman, G. E., Hayes, C. K., Broadway, R. M, Tronsmo, A, Woo, S. L. and Di Pietro, A. (1993). Chitinolytic enzymes produced by Trichoderma harzianum: Antifungal activity of purified endochitinase and chitobiosidase. Phytopathology 83:302-307.

- 27 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

Lorito, M., Woo, S. L., Fernandez, I. G., Colucci, G., Harman, G. E., Pintor-Toro, J., Filippone, E., Muccifora, S., Lawrence, C. B., Zoina, A., Tuzun, S., Scala, F. (1998). Genes from mycoparasitic fungi as a source for improving plant resistance to fungal pathogens. Proc. Natl. Acad. Sci. 95:7860-7865. Pretorius Z. A., Singh R. P., Wagoire W. W., Payne T. S. (2000): Detection of Virulence to Wheat Stem Rust Resistance Gene Sr31 in Puccinia graminis f.sp. tritici in Uganda. Plant Dis. 84:203 Sahai, A. S. and Manocha, M. S. (1993). Chitinases of fungi and plants: their involvement in morphogenesis and host-parasite interaction. FEMS Microbiol. Rev. 11:317-338. Schickler, H., Chet, I. (1997). Heterologous gene expression to improve plant defense against phytopathogenic fungi. J. Industrial Microbiol. & Biotechnol. 19:196-201. Szentirmai A. (2009): A gombák birodalma. (oktatási segédlet), Összeállította: Szentirmai Attila Emeritus prof., Debreceni Egyetem, TTK Genetika és Alkalmazott Mikrobiológia Tanszék, http://delfin.unideb.hu/~szentirm/gombak_birodalma.doc Stintzi, A., Heitz, T., Prasad, V., Wiedemann-Merdinoglu, S., Kauffmann, S., Geoffroy, P., Legrand, M. and Fritig, B. (1993). Plant ‘pathogenesis-related’ proteins and their role in defense against pathogens. Biochimie 75:687-706. Origo hírportál (2009): http://www.origo.hu/nagyvilag/20090320-ujfajta-gabonat-tamadogombas-betegseg-fenyegeti-a-szegeny-orszagok-buzatermeset.html

- 28 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

GÉNTECHNOLÓGIÁVAL A HATÉKONYABB GYOMIRTÁSÉRT Czepó Mihály MONSANTO HUNGARY Kft, Budapest

A szántóföldi növénytermesztésben a növényvédelem területén a gyomirtás teszi ki a költségek túlnyomó részét. Ez a tény szinte magától értetődő, mivel a gyomnövények megjelenésére minden egyes táblán számítani kell, míg a kártevők, kórokozók előfordulása esetlegesebb. Magyarország gyomflórája rendkívül gazdag, és folyamatosan változik a gyomirtási, illetve növénytermesztési technológiákhoz igazodva. A különféle mérések szerint a gyomösszetétel, gyomnyomás és a kultúrnövény érzékenysége szerint akár a teljes termés is odaveszhet a gyomok miatt, ezért nem kérdés a vegyszeres gyomirtás szükségessége a nagy területen gazdálkodók esetében, de lényeges döntés lehet a kis területű magán gazdaságokban is, a szabadidő kapálással vagy más tevékenységgel való eltöltése. 1. Táblázat A kukorica nyáreleji gyomnövényei és fontossága a 2007-2008 országos gyomfelvételezés szerint. A húsz legelterjedtebb faj és az ellenük történő védekezés nehézségi foka Gyomnövény neve

Tudományos név.

Nehézségi fok

1

Kakaslábfű

Echinochloa crus-galli

+

2

Parlagfű

Ambrosia artemisiifolia

++

3

Fehér libatop

Chenopodium album

+

4

Szőrös disznóparéj

Amaranthus retroflexus

+

5

Fakó muhar

Setaria pumila

+

6

Mezei acat

Cirsium arvense

+++

7

Termesztett köles

Panicum miliaceum

++

8

Csattanó maszlag

Datura stramonium

++

9

Karcsú disznóparéj

Amaranthus chlorostachys

+

10

Apró szulák

Convolvulus arvensis

+++

11

Fenyércirok

Sorgum halepense

++

12

Tarackbúza

Elymus repens

++

13

Napraforgó árvakelés

Helianthus annuus

++

14

Lapulevelű keserűfű

Polygonum lapathyfolium

+

15

Varjúmák

Hibiscus trionum

++

16

Selyemmályva

Abutilon theophrasti

+++

17

Zöld muhar

Setaria viridis

+

18

Pirók ujjasmuhar

Digitaria sanguinalis

+

19

Csillagpázsit

Cynodon dactylon

+++

20

Pokolvar libatop

Chenopodium hybridum

+

Megjegyzés: + könnyen irtható, ++közepesen nehezen irtható, +++nehezen irtható Lokálisan még számos olyan ellenálló faj lehet, különösen a kapás növényekben, amelyek irtása nagyobb szakmai hozzáértést igényel. Ilyenek például a szerbtövis (Xanthium strumarium), a nád (Phragmites communis), mandulapalka (Cyperus rotondus).

- 29 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

A Magyarországon termesztett főbb növények gyomirtása jól megoldott a következő módon: Őszi búza, egy és kétszikű gyomnövények: - Állománykezelés, rendszerint a bokrosodás idején, vagy - Betakarítás előtti gyomirtás a későn kihajtó, elsősorban évelő fajok ellen. Kukorica - Vetés utáni, kelés előtti gyomirtás talajon keresztül ható készítményekkel, vagy - Korai állománykezelések, vagy - Kései állománykezelések , vagy - Mutációval nemesített, cycloxidim hatóanyaggal szembeni toleranciára alapozott technológia egyszikűek, de elsősorban fenyércirok ellen. - Állományszárítás, egybekötve gyomirtással a későn kihajtó, kelő fajok, többnyire évelő ellen. Napraforgó - Vetés utáni, kelés előtti gyomirtás, és - Szükség szerint kiegészítő állománykezelések egyszikű gyomok ellen. - Vetés utáni, kelés előtti gyomirtás, és - A mutációval nemesített hibridekben (imidazolinon vagy tribenuron-metil ellenálló), kiegészítő állománykezelések egy és kétszikű gyomok ellen. - Állományszárítás, egybekötve gyomirtással Magyarországon potenciális jelentőséggel bíró géntechnológiával nemesített gyomirtó szer ellenálló fajták A géntechnológiával kialakított gyomirtó szer tolerancia elsősorban a totális hatású hatóanyagokra terjed ki, mint a glifozát és a glufozinát ammónium, de újabban más hatóanyagok is az érdeklődés középpontjába kerültek, rezisztencia megelőzés, kezelés céljából (dikamba). Eddig a legnagyobb területen a glifozátnak ellenálló úgy nevezett ROUNDUP READY növények termesztése terjedt el leginkább (szója, kukorica, gyapot, repce). Magyarországon az NK 603-as kódjelű ROUNDUP READY kukoricának lehet gyakorlati jelentősége. NK 603 (Roundup Ready kukorica, RR kukorica) Hozzáadott tulajdonság: glifozát ellenállóképesség Története: 1999-ben került köztermesztésbe először az Egyesült Államokban Helyzete az Európai Unióban: behozatalra és takarmányként, élelmiszerként való felhasználása engedélyezett. Köztermesztésre való engedélyeztetése folyamatban van. 2011-12-ben várható a termesztés jóváhagyása. Előnyei: - A kukoricában új hatásmódú készítmény kerülhet alkalmazásra. Több eszköz lesz a gazdák kezében gyom rezisztencia kialakulás megelőzéséhez. - Az alkalmazható gyomirtási technológia a gyomok széles spektruma ellen hat, beleértve a legnehezebben irtható fajokat. - Nagy rugalmasságot jelent a gyomirtás időzítése és a kombinációk tekintetében. - Nagyfokú szelektivítás. - Időjárástól függetlenül mindíg kielégítő lesz a gyomirtó hatás. - Lehetővé teszi talajkímélő technológiák alkalmazását.

- 30 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

Magyarországi kísérleti eredmények RR kukoricában, hivatalos engedélyezési vizsgálatokból. 1997 Békéscsaba, Debrecen, Gödöllő Gyomok

Időzítés

CHEAL 3

SINAR

GASPA STAAN 2

CIRAR AMAspp.4 AMBEL

HIBTR 3

CONAR

Kétszikű átlag

SETGL

ECHCG 3 Egyszikű átlag

Összes átlag

Dózis, l, g/ha

ROUNDUP BIOAKTIV 1

5-7 levél

3

98

98

96

95

94

92

89

88

61

91

100

80

85

90

5-7 levél

4

98

99

97

100

96

94

93

90

69

94

100

90

93

93

ROUNDUP BIOAKTIV 2

ROUNDUP BIOAKTIV 3

4

5

6

7

ROUNDUP BIOAKTIV ROUNDUP BIOAKTIV Rimsulfuron +dikamba Rimsulfuron +dikamba GUARDIAN EC ROUNDUP BIOAKTIV ROUNDUP BIOAKTIV + HARNESS

100 90 76 43

5-7 levél 2-3 levél 6-7 levél 2-3 levél 6-7 levél pre és 5-7 levél 5-7 levél

5

100

100

99

100

99

96

98

92

76

96

100

96

97

96

2.5 + 2.5

99

98

95

98

97

97

98

95

87

96

100

93

95

96

30+0.3 / 20+0.2

99

100

100

92

80

100

100

88

21

91

50

80

73

87

2 4

100

100

100

100

98

100

99

97

87

99

100

99

99

99

3 + 1.5

99

100

100

100

97

99

100

96

80

97

100

96

97

97

Kiváló hatás Jó hatás Közepes, de még elfogadható Gyenge, nem megfelelő hatás

Gyomok: CHEAL-fehér libatop, SINAR-vadrepce, GASPA-gombvirág, STAAN-tarló tisztesfű, CIRAR – mezei acat, AMAspp-disznóparéj fajok, AMBEL-parlagfű, HIBTR-varjúmák, CONAR-apró szulák, SETGL-fakó muhar, ECHCG-kakaslábfű. A gyomkód utáni szám az adatok számát jelenti.

ROUNDUP MEGA (450 g/l glifozát) 2,4 l/ha 2007. július 14. Cseh Köztársaság

Kezeletlen (mezei acat)

MON 79351, 2 x 1080 g/ha glifozát 2009. július 28, Lovrin, Románia

Kezeletlen (fenyércirok)

- 31 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

A kukorica és napraforgó kultúrákban Magyarországon már bevezetésre kerültek olyan fajták, amelyek génmutáció miatti gyomirtó szer toleranciát hordoznak magukban. Elterjedésük különösen számottevő napraforgóban, amely árvakelésként is komoly problémát jelenthet. Sem a mutáció, sem a gyomosító hatás nem volt akadálya az engedélyezésnek, ezért joggal remélhető a géntechnológiával nemesített, gyomirtó szer ellenálló növények termesztésének engedélyezési is, hiszen a hozzáadott tulajdonság milyenségében nem térnek el az engedélyezettektől, csak az odavezető út volt más.

- 32 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

FUNKCIONÁLIS ÉLELMISZEREK FEJLESZTÉSE MOLEKULÁRIS NÖVÉNYNEMESÍTÉSSEL Bedő Zoltán – Rakszegi Mariann – Láng László MTA Mezőgazdasági Kutatóintézet, Martonvásár

1. Molekuláris módszerek helye a növénynemesítésben A molekuláris növénynemesítés célja olyan DNS szintű változások előidézése, melyek közvetlen és tudatos genomi szintű beavatkozással javítják a növény agronómiai teljesítményét, beltartalmi jellemzőit vagy új, korábban nem létező tulajdonság kifejlesztését teszik lehetővé. Alkalmazásával a környezeti tényezők hatása kiküszöbölhető, ami egyébként állandó nehézséget okoz a klasszikus növénynemesítőknek. A hagyományos és a molekuláris nemesítés együttesen lényegesen hatékonyabb lehet, mivel egyesíti a növény és populáció szinten történő hagyományos szelekciót, valamint a hagyományos nemesítési módszerekkel meg nem valósítható genetikai megváltozások vizsgálatát. A növénynemesítés eszköztára jelentősen gazdagodott a molekuláris növénynemesítés új módszereivel. Igy a nagy hatékonyságú un. high-throughput genomelemző technológiákkal a kutatók növényi génbankok és nemesítési anyagok vizsgálatát képesek elvégezni a DNS polimorfizmus meghatározására. A genotipizálás hatékonyságát növeli a gének expressziójának szisztematikus vizsgálatát lehetővé tevő microarray technológia. Meghatározhatók és nyomon követhetők az egyes folyamatokban résztvevő gének. A növényi genom mélyebb megértése részletesebb bepillantást enged meg a biokémiai folyamatokba, a fehérjék és metabolitjaik rendszerébe, azok kölcsönhatásainak megértésébe. A molekuláris nemesítés egyik széleskörűen elterjedt módszere a molekuláris markerszelekció. Marker rendszerek alkalmazása nem újdonság a növénynemesítési kutatásokban, hiszen pl. morfológiai, citogenetikai, biokémiai markerek használata már korábban is hasznos eszköz volt a növénynemesítők számára. Minőségi változást jelentett, hogy a DNS fragmensek elektroforézis alapon történő szeparálásával lehetővé vált a genom analízis növénynemesítési kísérletekben történő felhasználása. Ugyanakkor kiderült, hogy e technikák munka- és időigényesek, költségesek voltak nagyszámú nemesítési anyag tesztelésére. Újabb előrelépést jelent az un. single nucleotid polimorphism (SNP) felhasználása, amely alapvetően két genotípus DNS szekvenciájában kimutatható variációt adja meg. Ez a technológia nagyobb hatékonysággal használható a molekuláris marker szelekcióban, mivel pl. a kukorica genomjában potenciálisan 62 millió SNP mutatható ki (Edwards és Mogg 2001), tehát egy genomban igen nagy gyakorisággal fordul elő. Lényeges előnye, hogy automatizált rendszer kiépítésével nagyszámú genotípus és lókusz vizsgálatát lehet rövid idő alatt hatékonyan elvégezni. A növénynemesítők különböző célra használják fel a molekuláris markerszelekciót. Ide tartozik az un. marker szelekciós visszakeresztezési módszer vagy angolul a marker assisted backcross selection. Ezt a módszert mind a stresszrezisztencia-, mind a minőségi tulajdonságokra történő nemesítésben használják, így hasznos módszer a funkcionális élelmiszer alapanyag előállítására is. Angol és olasz kutatókkal közösen folytatunk ilyen nemesítési programot a búza keményítő tartalmának módosítása céljából, az amilopektin/amilóz arány módosítására az amilóz arány növelése érdekében.

- 33 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

A növénynemesítés korszerű molekuláris eszköztárában, a gének működésének szabályozásában nagyszerű gyakorlati előnyöket adó lehetőség a géncsendesítés, vagy un. RNS silencing, a különböző RNS-ek által szabályozott génexpressziós rendszerek kutatása, ami az egész élővilágban, így a növényekben is fontos szerepet tölthet be. A molekuláris növénynemesítők a mezőgazdaságban hasznosított növények agronómiailag fontos tulajdonságainak kifejlődését, biotikus- és abiotikus stresszekkel szembeni ellenállóságát lesznek képesek szabályozni azáltal, hogy a végrehajtó enzim komplexek szekvencia specifikusan felismerik a mRNS –eket és azok működését szabályozzák. Ez a szabályozás történhet a növényi szervezet egy adott helyén, a növényi egyedfejlődés egy adott időbeli szakaszában. Az egészséges táplálkozásra alkalmas búza amilóz/amilopektin arányának megváltoztatásásában az egyik molekuláris növénynemesítési lehetőség olyan transzgénikus növényfajta szelekciója, amelyben az amilopektin szintézisben résztvevő enzimek génjeinek működését un. géncsendesítéssel gátolják, és ezáltal megnövelhető az amilóz aránya a keményítőben. Ausztrál és francia kutatók közös munkájának eredményeként sikerült ilyen nagy amilóz tartalommal rendelkező transzgénikus búzát előállítani. A genetikai diverzitás növeléséhez járulhat hozzá az un. TILLING (Targeted Induced Local Lesions in Genoms) mutációs eljárás, amely mutagén kezelés hatására nagyszámú növényi genotípus DNS polimorfizmusában fellelhető különbségeket vizsgálja. Az így fellelhető DNS szekvencia különbségek alapján lehet szelektálni mutáns jelölt géneket, melyek potenciálisan felhasználhatók új genotípusok nemesítése során. A TILLING módszer újabb távlatokat nyit a mutációs nemesítésben, jelentősen megnövelve annak hatékonyságát. Különösen lényeges, hogy recesszív öröklődésű tulajdonságokért felelős géneket is hatékonyan lehet azonosítani. Slade et al (2005) 246 allélt határozott meg egy búza mutációs populációban, melyek a keményítő összetételében játszanak szerepet. A növénynemesítők számára fontos szempont, hogy un. elit fajtákat használhatnak fel a mutációs populációban, és a mutánsok izolálása után az eredeti fajtával történő visszakeresztezéssel rövid időn belül létrehozhatják az egy- vagy néhány génre módosított eredeti fajtát. Egy EU FP6 projekt keretében olasz és angol kutatókkal sikerült több, a keményítő összetételét befolyásoló, egyrészt az amilopektin-, másrészt az amilóz arányt növelő mutánst izolálni a Cadenza angol búzafajta TILLING populációjából (Lafiandra et al. 2009). A molekuláris nemesítés egyik, a társadalom számára is leginkább ismert új „eszköze” a növényi géntechnológia. A géntechnológia az új növényfajta létrehozásának egy fontos szakaszát jelenti a teljes nemesítési ciklus során. Növénynemesítési szempontból a transzgénikus fajta előállításának legfontosabb lépései:  a donor genomból egy gén vagy génszakasz izolálása transzformáció céljára;  transzformációra felhasználható, hagyományos nemesítéssel létrehozott homozigóta növény, vagy célgenom nemesítése;  transzformációs protokoll megfelelő promoter felhasználásával transzformált növény előállítására;  szövettenyésztési eljárással a transzformált növény felnevelése;  a transzformált növényből kereskedelmi célra alkalmas transzgénikus fajta létrehozása.

- 34 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

A transzformált növény előállítása nem azonos a transzgénikus növényfajtával. Éppen ezért van szükség a hagyományos és a molekuláris növénynemesítés integrálására, mert a molekuláris nemesítési fázis megkezdése előtt hagyományos nemesítéssel agronómiailag értékes homozigóta genotípust kell létrehozni, amit egy gén vagy genomszakasz géntechnológiai eljárással történő transzformálásával lehet módosítani. A hagyományos nemesítéssel szelektált genotípus transzformációja után szintén hagyományos nemesítési módszerekkel szelektáljuk a transzgénikus növényfajtát, amely akkor felel meg a kereskedelmi célra felhasználható transzgénikus fajtának, ha  stabil genommal rendelkezik, az stabilan öröklődik, a későbbi generációkban nem változik, így megfelel a Nemzetközi Fajtajogvédelmi Szervezet (UPOV) által létrehozott un. DUS követelményeknek,  a transzgénikus fajta termesztése élelmiszer-egészségügyi vagy takarmányozási kockázatokat nem okoz,  virágzásbiológiai tulajdonságai stabilak, vetőmagja biztonságosan és gazdaságosan előállítható,  a termesztési régióban környezeti kockázatok nélkül biztonságosan termeszthető,  a transzgén beépítése a donor fajtához képest olyan gazdasági előnyt biztosít, ami kereskedelmi értékkel is bír a termesztőnek, vagy az élelmiszerláncban résztvevőknek. 2. Bioaktív komponensek kutatása az egészséges gabonaalapú élelmiszerek előállítására A növénynemesítés eszköztárát többek között azért kell bővíteni molekuláris nemesítési módszerekkel, mivel a funkcionális élelmiszerek fejlesztése új kihívást jelent a növénykutatásban. A teljes kiőrlésű gabonából készült élelmiszerek jelentős figyelmet kaptak az elmúlt tíz évben mind tudományos, mind gazdasági oldalról. Kimutatták ugyanis, hogy fogyasztásuk az ezekben fellelhető bioaktív komponensek következtében számos krónikus betegség kockázatát csökkenti, de különösen azokét, melyek az anyagcseréhez köthetők, ilyenek például a 2-es típusú cukorbetegség vagy a szívérrendszeri betegségek. Számos egészségügyi tanulmány erősíti meg ma már ezt a tényt. Az egészben őrölt és törött búzaszemek épp olyan arányban tartalmazzák a fő összetevőket, a keményítőt, csírát és korpát mint az ép, egész búzaszemek. Ennek köszönhetően gazdag forrásai olyan bioaktív komponenseknek, mint a rostanyagok, vitaminok, ásványi anyagok és a fitokemikáliák, melyeknek egészségvédő funkciójukat köszönhetik. Többek között a rostanyagok megnövelt elfogyasztott mennyiségének (10g/nap) hatására 10%-al csökken a szívérrendszeri betegségek előfordulása. A teljes kiőrlésű gabonák fontosságát az egészségmegőrzésben az is növeli, hogy a gabonaszemek külső rétegei sokkal nagyobb mennyiségű bioaktív komponenst, így többek között fitokemikáliát (fenolos komponensek, fitoszterolok, tokol, folát) tartamaznak, mint a belső rétegek. Ezek közül, a fenolos komponensek (lignánok, alkilrezorcinolok és fenolsavak) részt vesznek olyan fiziológiai változások előidézésében, melyek a szervezet védőfunkciójának betöltéséhez szükségesek. A fitokemikáliáknak számos más bioaktív funkciót is tulajdonítanak, így például antioxidánsként is működnek. Megjegyzendő azonban, hogy az egészség védelméért

- 35 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

felelős komponensek és működési mechanizmusuk teljesen még nem ismert. Feltehetőleg különböző faktorok együttes hatása összegződik, melyek egymást erősítve járulnak hozzá a kívánt védelem eléréséhez. A rostanyag tartalom egészségügyi és táplálkozástani szempontból kulcsfontosságú komponens, ezért az egészséges táplálkozás érdekében célszerű meghatározni az egyes gabona genotípusok összes rostanyag tartalmát valamint a rostanyagok fő összetevőinek, így pl. β-glükánnak, valamint az arabinoxilánnak a mennyiségét. Az arabinoxilán a rost egyik fő komponense, mely a búza és a rozs sejtfalának alkotóeleme. Oldhatósága alapján vízben oldható és nem-oldható arabinoxilánokat különböztethetünk meg, melyek közül az első prebiotikumként is működik, azaz képes stimulálni egyes baktériumok növekedését és/vagy aktivitását a bélrendszerben és ezáltal pozitívan befolyásolni az egészséget. A gabonaalapú funkcionális élelmiszer alapanyag vizsgálatok további célpontjai a fenolos komponensek, mivel a fenolsavak, lignánok és az alkilrezorcinolok nemcsak hogy képesek megkötődni a bélrendszerben, de részt is vesznek az anyagcsere folyamatokban és biológiai aktivitást fejtenek ki természetes és laboratóriumi környezetben egyaránt. A lignánok fitoesztrogének, melyek többsége a bélrendszerben mikrobiológiai fermentáció útján enterolaktonná alakul, és ilyen formában számos folyamatban egészségmegőrző funkciót lát el. Az alkilrezorcinolok fenolos lipidek, melyek a búza és a rozs szemek külső rétegeiben találhatók és szintén jó hatással vannak az egészségre. A fenolsavak a legnagyobb mennyiségben előforduló fenolos vegyületek a búzaszemben. A folátok, tokolok és szterolok a gabonafélék igen fontos forrásai az egészséget pozitívan befolyásoló komponenseknek a gabonafélékben. A tokolok fontos zsírban oldódó antioxidánsok az emberi testben, míg a szterolok koleszterin csökkentő hatásukról ismertek. A gabonában található folát az emberi szervezet számára könnyen elérhető, ezért különösen fontos, hogy a folát bevitel növelésére a búzaszem külső rétegeit a liszthez keverjék. A növénynemesítők korábban nem vizsgálták a bioaktív komponensek variabilitását a búzafajtákban. A gabonaalapú funkcionális élelmiszerek térnyerésével a növénynemesítők feladata  a természetes variabilitás megállapítása,  a variabilitás szélesítése hagyományos és molekuláris nemesítési módszerekkel,  új genetikai források szelekciója az előnemesítés vagy más néven az un. prebreeding során,  új növényfajták előállítása a hagyományos és molekuláris nemesítés módszereinek felhasználásával.

- 36 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

MOLECULAR FARMING Dr. Tamás László és Dr. Nyitrai E. Cecília ELTE Növényélettani és Molekuláris Növénybiológiai Tanszék, Budapest

A kifejezés már az 1980-as években megjelent a tudományos irodalomban. Kezdetben elsősorban genetikailag módosított állatok esetében használták, de mára a kifejezés szinte kizárólag a transzgénikus növények termesztésére vonatkozik. Jelentése a mezőgazdasági termeléshez kötődik, azaz a mezőgazdaságban alkalmazott technológiák, gépek, módszerek felhasználásával állítunk elő olyan molekulákat, melyek valamilyen szempontból értékesek, vagy értékesek lehetnek a társadalom számára. Nem egy növényt, vagy egyes részeinek nagy mennyiségben való termelése a cél, hanem egy jól meghatározott molekula előállítása a növény segítségével. A molekulát a növényből kivonhatjuk, vagy akár tisztítás nélkül is felhasználhatjuk a növény egyéb összetevőivel együtt. Ez a molekula lehet fehérje, szénhidrát (keményítő, cellulóz), lipid, vitamin, illetve minden olyan molekula, amely a növényben jelenlévő enzimekkel szintetizálható. Bár a cukorrépát és a cukornádat már régóta nagy mennyiségben termesztik, hogy belőle szacharózt nyerjenek ki, a tevékenységet mégsem nevezzük „molecular farming”-nak. A diszacharid, ez az összetett szénhidrát molekula ugyanis természetes úton jön létre a növény sejtjeiben. A keményítőt is nagy mennyiségben nyerjük ki ipari célokra, pl. a kukorica szemterméséből vagy burgonya gumóból, de a kukorica (vagy burgonya) ilyen célú termesztése sem nevezhető mindaddig „molecular farming”-nak, amíg a természetben található, mondjuk úgy természetes keményítő termelése a feladat. A keményítő összefoglaló név, mely alatt az amilóz és amilopektin polimer molekulák keverékét értjük. Ha azonban a biotechnológia, illetve géntechnológia módszereit felhasználva olyan módosított növényt állítunk elő, melyben a természetes amilóz/amilopektin arányt célzott módon megváltoztatjuk (pl. speciális papíripari igényeknek megfelelően), akkor ezen növény létrehozása és termesztése már a „molecular farming” témakörébe tartozik. Az interneten található sok-sok definíció közül talán a következő a legjobb és legrövidebb: Genetikailag módosított (GM) növények és állatok, mint biológiai rendszerek alkalmazása új, vagy módosított molekulák előállítására. A GM növények által termelt, kereskedelmileg értékes molekulákat alapvetően két csoportba oszthatjuk. Az egyikbe a gyógyászatban használatos, a másikba az ipar által hasznosítható anyagok sorolhatók. Az első csoportba tartozó fehérjéket további 3 kategóriába sorolhatjuk. 1) Gyógyászati alapanyagok és gyógyászatban használatos anyagok, pl. tripszin, vagy aprotinin, ill. trombin, vagy kollagén. 2) Monoklonális antitestek, pl. minden típusú immunglobulin, ill. antitest darabok. 3) Antigének, melyek segítségével ehető vakcinát állíthatnak elő. Az ipar számára fontos molekulák elsősorban enzimek, melyeket pl. a gyógyszeripar alkalmaz, de az utóbbi időben megnövekedett a biomassza átalakításában (pl. bioetanol termelés) alkalmazható enzimek iránti érdeklődés is. Az élelmiszeripar szintén érdeklődik az egészségmegőrzésben jelentős hatású, nagy táplálkozástani- és kereskedelmi értékű molekulák iránt, mint pl. a többszörösen telítetlen zsírsavak. Az utóbbi időben más ipari felhasználási lehetőségek, lebomló biopolimerek, ipari adalékanyagok előállítása is szóba kerültek. A molecular farming során alkalmazható GM növényeket négy csoportba oszthatjuk. 1) Stabilan transzgénikus növények, melyekben a transzgént a sejtmag genetikai állománya hordozza. 2) Stabilan transzgénikus növények, melyekben a transzgént a kloroplasztisz genetikai állománya hordozza. Mindkét növényt nevelhetik szántóföldön, ill. zárt üvegházakban

- 37 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

egyaránt. 3) Stabilan transzgénikus növényi sejtek, melyeket nagy reaktorokban, folyadék kultúrában nevelnek. 4) Tranziens transzgénikus növények, melyek nem örökítik tovább a transzgént, amit növényi vírusok felhasználásával juttatnak a növényi sejtbe. Mind a négy csoportba tartozó GM növények alkalmazásának vannak előnyei és hátrányai. A „biopharmaceutical industry” kifejezés alatt a gyógyszeripar azon ágát értik, mely biotechnológiai úton, biotechnológiai módszerekkel állít elő gyógyszereket, gyógyászati készítményeket. Egyre többször használják jelzős szerkezetben, mint például növényi biotechnológiai gyógyszeripar. A magyarázat nagyon egyszerű. Az elmúlt években nagy mértékben növekszik az igény a biotechnológiai módszerekkel előállítható készítmények iránt, melyet ugyan még hagyományos megközelítéssel, új üzemek és gyárak építésével, a termelékenység növelésével, ki tudnak elégíteni, de érdemes új, alternatív termelési lehetőségeket is számba venni. Ide tartozik a genetikailag módosított növények, mint bioreaktorok alkalmazása. Néhány adat a biotechnológiai gyógyszeripar jelentőségéről. 2007-es adatok szerint a teljes gyógyszeripar kb. 10%-át teszi ki, ugyanakkor az elfogadott új molekulák 20%-a ebbe a körbe tartozik. A Roche cég éves pénzügyi jelentése szerint csak a monoklonális antitestek forgalma 20 millió Euro volt 2007-ben. 2006-os adatok szerint egyes monoklonális antitestek forgalma közel 80%-al nőtt. 2000 és 2002 között volt olyan készítmény, melyet nem tudtak elegendő mennyiségben termelni. A biotechnológiai gyógyszeripar által előállított, úgynevezett rekombináns fehérjéket baktériumok, élesztő gombák, ill. állati egysejtkultúrák termelik hatalmas fermentorokban. A legelterjedtebben alkalmazott gazdaszervezet az E. coli, melyet viszonylag egyszerű tenyészteni, gyors a generációs ideje és nagy fehérje koncentrációt lehet elérni a fermentorban. Hátránya, hogy nem rendelkezik a poszt-transzlációs módosításhoz szükséges rendszerrel, így nem történik meg a glikoziláció, foszforiláció, stb., mely egyes esetekben szükséges a fehérje megfelelő szerkezetének, ill. funkciójának kialakulásához. Ennek ellenére, pl. a különböző interferon molekulák, az interleukin-2, vagy a tumor nekrózis faktor-α szintézisére használják az E. coli-t. A másik széles körben használt gazdaszervezet, az élesztők közé tartozó S. cerevisiae. Gyorsan nő, így nagy sejt sűrűséget lehet elérni vele a fermentorban. Saját poszt-transzlációs rendszere van, ami eltér az emberi rendszertől. Többek között inzulint és hirudint állítanak elő élesztőben. Az összetett fehérjék termelésére, melyek pontos működéséhez elengedhetetlen a megfelelő poszt-transzlációs módosítás, hörcsög sejtek folyadékkultúrás tenyészetét használják. Legnagyobb nehézsége a fermentáció bonyolultsága és az alacsony rekombináns fehérje termelési hatékonyság. Ezzel a módszerrel állítanak elő monoklonális antitesteket, mint pl. a Herceptint, melyet emlőrákos betegek gyógyítására használnak. Az ipari fermentorok alkalmazása mellett gyógyszer molekulákat termeltetnek még tejben (kecsketejben antitrombin III, piacra jutását engedélyezték 2006-ban), ill. tojás fehérjében. Az utóbbi időben elért transzformációs eredményeknek köszönhetően alternatívát jelenthet pl. monoklonális antitestek előállítására. A gazdasági jelentőséggel bíró, értékes molekulák szintézisére az iparban használt fermentorokat kiválthatjuk természetes biofermentorokkal, pl. növényekkel. A teljes növény használata számos előnyt jelent. 1) A természet erőforrásait: napfény, csapadék, talaj hasznosítja. 2) Nagy mennyiségben, gyorsan termeszthető a korábban kidolgozott agrotechnika alkalmazásával. 3) Nagy hozzáadott érték miatt olyan területeken is érdemes termeszteni, mely mezőgazdasági termelés szempontjából nem igazán értékes. 4) Kisebb terhelést jelent a környezetre, kevesebb a megsemmisítendő hulladék. 5) A növénytermelés

- 38 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

biogazdálkodással is folyhat, ami tovább csökkenti a környezetterhelést. 6) A rekombináns fehérjék termelése célzottan történhet egyes szövetekben, ill. a sejten belül kompartmentekben, ami védelmet biztosít a fehérjebontó enzimek ellen. 7) A megfelelő szövetben, pl. magban, szemtermésben raktározódó fehérje stabil, hosszú ideig eltartható bomlás és szennyezés nélkül, különleges tárolási körülményeket, pl., hűtés, nem igényel. 8) Teljes poszt-transzlációs módosítási rendszere van, mely finoman hangolható az emlős rendszerekhez hasonlóra (glycoengineering). 9) A növény nem szennyeződhet emberi, vagy állati kórokozókkal (pl. prionok, virionok), toxinokkal, így biztonságos gazdaszervezet. 10) A rekombináns fehérjék előállítása transzgénikus növényekben tízszer, de akár ötvenszer is olcsóbb lehet, mint pl. baktériumban. 11) A vakcina antigéneket termelő növények további előnye, hogy a molekula tisztítása nélkül is alkalmazható, nem igényel injektálást, ami alacsony életkorban szükségtelen stresszt okozhat. Nem szükséges magasan képzett szakdolgozókkal steril körülmények között dolgozni, és az elhasznált injekciós fecskendőket és tűket sem kell költséges eljárásban megsemmisíteni. A társadalom nem csak a gazdasági és technikai előnyeit látja a transzgénikus növények alkalmazásának, hanem aggódik is a nem ismert hatások miatt. A leggyakoribb ellenvetés a GM növényekkel szemben, hogy a szabadföldön termesztett növények antigénje „kiszabadul” az ellenőrzött keretek közül, és nem kívánt toleranciát okoz, aminek következtében csökken az immunválasz, vagy nem ismert hatást válthat ki. Félelem van a társadalomban, ill. annak képviselőiben a „zöld szervezetekben”, hogy a pl. vakcina termelő növények magját emberi hiba miatt összekeverik nem vakcina termelő növény magjával, s így nem megfelelő célra használják. Az aggodalom megalapozottsága nem biztos, hogy valós, de a tudomány emberének válaszolnia kell a felvetett problémákra. Egyik lehetőség a felvilágosítás és a meggyőzés, míg a másik a megfelelő GM növények előállítása. Például olyan növényeket kell használni szántóföldi keretek között, melyek magja nem csirázó képes. A GM növényeket üvegházakban kell nevelni, ami azonban erősen növeli a termelés költségeit. Megoldás lehet a zárt térben nagy hatékonysággal nevelhető fotószintetizáló szervezetek, pl. a békalencse, vagy a zöld alga felhasználása bioreaktorként. Az állati egysejtkultúrák mellett szóba jöhet a növényi egysejtkultúrák használata is, de ennek költséghatékonysága nem különbözik az előbbitől, bár talán könnyebben kezelhető rendszer. Néhány éve publikáltak egy sikeres, alternatív megoldást növényi biofermentor gyors és hatékony létrehozására, melyben a növény tranziens módon expresszálja a transzgént, amit az agrobaktérium segítségével bejuttatott növényi vírus vektor tartalmaz. A módszer neve „magnifection”. A „molecular farming” kifejezéssel illetett tevékenység már akkor létezett, amikor az első magasabb rendű transzgénikus növényt létrehozták az 1980-as évek elején, bár ekkor még nem hívták így. Bármilyen fehérje, amit a géntechnológiai úton módosított növény termel, magában hordozza annak a lehetőségét, hogy termék váljon belőle. Kiváló példa erre a széles körben használt riportergén (uidA), melyről könnyen tesztelhető fehérje (GUS, β-D-glükoronidáz) szintetizálódik, s melyet már a transzformációs módszerek kezdeti fejlesztésekor használtak és használnak még ma is. Mára piacon eladható termék vált belőle. Az 1998-ban publikált adatok szerint kukorica szemterméséből már akkor is gazdaságosan tisztítható, ha a kukorica fehérje tartalma mindössze 0,015%. Az adatok szerint a 7500 hektárról begyűjtött 1740 tonna termést feldolgozó üzem 137 kg, 85%-os tisztaságú rekombináns fehérjét állít elő évente. A termelési költség 43000 USD/kg fehérje, míg az eladási ár 100000 USD/kg körül van. Az elvégzett stabilitási kísérletek szerint a kukorica 10 oC-on legalább 3 hónapig tárolható anélkül, hogy az extrahált enzim aktivitása csökkenne. Bizonyították továbbá, hogy 25 oC-on tárolva a termést

- 39 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

14 napig nem történik szignifikáns változás az aktivitásban, míg magasabb hőmérsékleten (50 oC) ez az idő 7 napra csökken. Az avidin fehérjével elvégzett tárolási kísérletek hasonló eredményt mutattak. Az első, terápiában használandó fehérjét (növekedési hormon) termelő transzgénikus növényről 1986-ban számoltak be az irodalomban. Hamarosan (1989) követte ezt egy összetett, tökéletes komplex szerkezettel rendelkező, teljes immunglobulint (IgG1) termelő transzgénikus dohány növényről szóló beszámoló. A dohány sokáig a legnépszerűbb gazdanövény volt a biotechnológiai úton előállított, gyógyszeripari felhasználási célú fehérjék termelésére. Ez annak köszönhető, hogy viszonylag egyszerűen transzformálható, és nagy a zöldtömege. Hátránya azonban, hogy a levélben általában alacsony a fehérjetartalom, míg magas a proteázok aktivitása, továbbá a pigment, a nikotin és a polifenol tartalom, amitől nehéz megtisztítani a terméket. Az utóbbi években, a transzformálási technika fejlődésével előtérbe kerültek más növények is (burgonya, alma, banán, paradicsom, borsó stb.), melyek emberi fogyasztásra alkalmas részekkel rendelkeznek és szintén nagy tömegben termeszthetők. Lényeges szempont, hogy a növényi rész könnyen gyűjthető, szállítható és lehetőleg raktározható legyen. Erre a célra az egyik ideális megoldásnak a pillangósok és a gabonafélék szemtermése látszik. A biotechnológiai úton előállított fehérjék egyik csoportját, a vakcinaként használható antigén fehérjéket nagyon sok esetben nem szükséges tisztítani felhasználásuk előtt. Ezen fehérjék növényen belüli szintézisét különösen érdemes úgy irányítani, hogy lehetőleg, ill. elsősorban csak a növény ehető részeiben történjen meg. Az ehető vakcinák termelésére, a felhasználás és a tárolás szempontjait is figyelembe véve a legalkalmasabb növényi részek egyike a mag, ill. a szemtermés. Az ehhez szükséges, a szintézist speciálisan irányító, úgynevezett szövetspecifikus promóterek rendelkezésre állnak. A klinikai kísérletek során igazolást nyert, hogy a növényben szintetizált rekombináns antigén fehérje alkalmas immunizálásra. Háromszor 2,1 g nyers kukoricaliszt elfogyasztása után, mely dózisonként 1 mg antigén fehérjét tartalmaz, a betegek 78%-a megfelelő immunválaszt stimulált. A „molecular farming”, mint megközelítés gazdaságilag is jelentős. A gazdaságosság mértékét a következő, ehető vakcina termelésére alkalmas transzgénikus földimogyoró alkalmazása esetére számolták ki. A példa egyben lehetőséget ad a különböző növényi részek bioreaktorként való alkalmazásának összehasonlítására is. A levélsejtek citoplazmájában expresszálódó rekombináns fehérje aránya a teljes fehérje mennyiségére vonatkoztatva 0,2%, a kloroplasztiszban expresszálódó fehérje aránya 20%, míg a magban lévőé 1%. Ezekkel az értékekkel tovább számolva azt kapjuk, hogy a célfehérje mennyisége növényenként 1,5 mg, 150 mg, ill. 156 mg, vagyis hektáronként 56 g, 5,6 kg ill. 5,8 kg fehérje termeltethető a transzgénikus földimogyoró levelében, kloroplasztiszaiban illetve a magjában. Ez 11, 1125, ill. 1170 millió adag vakcinát jelent. Az ELTE Növényélettani és Molekuláris Növénybiológiai Tanszékének koordinálásával Magyarországon is folynak kutatások, melyek a transzgénikus növények (rizs, árpa) biofermentorként való alkalmazásának lehetőségeit keresik. A hazai és nemzetközi kooperációban eddig elért eredményeinkről lesz szó részletesen az előadásban.

- 40 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

GM NÖVÉNYEK ÉS A KLÍMAVÁLTOZÁS: ZÖLDENERGIA Dudits Dénes Növénybiológiai Intézet, Szegedi Biológiai Központ, Magyar Tudományos Akadémia, Szeged [email protected] 1. A növénytermesztési technológiák szerepe a klímatényezők romlásának mérséklésében A média jóvoltából nap mint nap szembesülünk a klímaváltozásról szóló hírek sugallta kiszolgáltatottság érzésével, ráadásul nem lehet nem észrevennünk a szélsőséges időjárási tényezők gyakoriságának növekedését. Gyakran szenvedünk a kánikulai melegben és láthatjuk az aszály sújtotta növények pusztulását, ami jelentős veszteséget jelent a földművelő gazdának. A 2010-es évben a sok esővel párosuló árvizek, belvizek okoznak súlyos problémát. Így termesztett növényeink elszenvedői az időjárási folyamatok kedvezőtlenné válásának, ugyanakkor közvetlen részesei lehetnek a változások előidézésének vagy akár mérséklésének. 75% a valószínűsége annak, hogy a globális felszíni hőmérséklet 2.4-6.4 °C fokkal emelkedik majd 2100-ra. A CO2 gáz felhalmozódása elsődlegesen az emberi tevékenységből származik, a fosszilis energiahordozók elégetése révén, illetve az erdők területének visszaszorulása miatt. A mezőgazdasági tevékenység 10-12%-ban felelős az üvegházi gázok kibocsátásáért, így a növénytermesztési technológiák optimalizálása fontos szerephez jut a kedvezőtlen éghajlati folyamatok elkerülésében. A talajforgatás mélységének és a műveletek számának csökkentése, a műtrágya felhasználás mérséklése, az új növényvédelemi technológiák elterjesztése egyaránt szolgálhatják a környezetbarát agráriumot. A precíziós növénytermesztési gyakorlat biztosíthatja a víz, a tápanyagok és a növényvédőszerek igény szerinti, helyileg és időben differenciált alkalmazását. A zöldenergia-termelés és -hasznosítás kibővítésében a mezőgazdaság szerepe meghatározó. A használt fajták tulajdonságai és az azokhoz kapcsolódó termesztési technológiák színvonala egyaránt befolyásolja a környezetre gyakorolt hatások mértékét, így a nemesítő kulcs szerephez jut mind a klímaváltozás következményeinek mérséklésében, mind abban, hogy a növények a biológiailag lehetséges produktivitással rendelkezzenek a környezeti feltételekhez történő alkalmazkodás révén. A növények nemesítése lényegében a gének szintjén történő beavatkozásokkal történik, aminek módszerei a tudományos ismeretek bővülésével folyamatosan tökéletesednek. Ezért nem rendkívüli, hogy napjainkban a géntechnológia mind nagyobb szerepet kap az új fajták génállományának formálásában és a születő modern tenyészanyagok jelentősen módosíthatják a földművelést, a gazdálkodás gyakorlatát, többek között a fenntartható fejlődés feltételrendszerének megteremtése érdekében. 2. Növekvő globális szükségletek mind az élelmiszerek, mind a zöldenergia iránt A megújuló energiák jelentőségének világméretű felértékelődése központi szerephez juttatja a növényeket, hiszen a fotoszintézis, mint természetes folyamat a napfény energiájának hasznosítása révén 1000-szeres koncentrációban a légköri CO2 gázt kémiai energiává alakítja, ami szénhidrátok formájában (CH2O) halmozódik fel a növényekben. Ez az emberiség szempontjából létfontosságú biokémiai folyamat biztosítja élelmiszereinket, de energiaforrásként is szolgál a növényi szervek elégetésével. Jelenleg a teljes energiafelhasználás 13.4%-a (46EJ/év) származik a növényekből. A becslések szerint ez egy kihasználatlan forrás, hiszen 200-400EJ/év energiát lehetne nyerni a növényi eredetű vegyületek felhasználásával. Bár a növények valamennyi szerve szolgálhat energia nyersanyagként a jelenlegi technológiák

- 41 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

sorában, a keményítőből, cukrokból történő alkoholgyártás, az olajos növényekből nyert biodízel előállítás a legjelentősebb. Az éhínség szégyenletes terhet jelent az egész emberiség számára azzal, hogy 923 millió embernek nincs meg a legalapvetőbb tápláléka. A válság fokozódásában szerepet játszik, hogy világszerte növekszik a növényalapú bioenergia-termelés. A legújabb elemzések szerint 2001 és 2007 között a bioüzemanyagok közül az etanol termelése megháromszorozódott, a biodízel előállítása megtízszereződött a világon. Az Amerikai Egyesült Államokban a 2008. évben a kukoricatermés 30%-át etanoltermelésre használták. A gabonafélék nem élelmiszerként történő hasznosításának ilyen jelentős mértékű kibővülése tehető részben felelőssé a gabonaárak emelkedéséért. Egyes elemzők szerint az árinfláció 30%-a származik a bioüzemanyag üzlet felfutásából. Ezek a tendenciák komolyan figyelmeztetnek arra, hogy megengedhetetlen a bioenergia célú felhasználás előtérbe helyezése az élelmiszerellátás rovására. Ezért igen intenzív kutatás folyik mind a keményítő, mind a lignocellulóz alapú technológiák gazdaságossá tétele érdekében. A növényi genomika, és a segítségével kidolgozott génbeépítési (GM) stratégiák jelentős hozzájárulást nyújthatnak a kibontakozó konfliktus kezeléséhez. Az alábbiakban több példával kívánjuk bemutatni a fejlesztések koncepcionális hátterét és az elért eredményeket, amelyek előrevetítik a bioenergia-termelés növekvő szerepvállalását a klímaparaméterek romlásának megakadályozásában. 3. Fotoszintézis: a növényi bioenergia-források kialakulásának alapmechanizmusa, mint nemesítési, géntechnológiai célpont Bár a fotoszintézis a növényi szervesanyag-termelés alapfolyamata, mégis az utóbbi évszázadokban elért termőképesség növekedés csak minimálisan származik e biofizikai-biokémiai folyamat hatékonyságának a növeléséből. A növényekben két lényegesen eltérő enzimrendszer működik a CO2 hasznosítása során. Az ún. C3 növényekben a Rubisco (Ribuloz1,5-bifoszfát-carboxiláz/-oxigenáz) enzim viszonylag kis hatékonysággal köti a CO2 gázt (3-10 molekula/másodperc/enzim) és ezzel a reakcióval verseng az oxigénnel történő kölcsönhatás (fotorespiráció), ami 25%-os veszteséget okozhat a karboxilációval megkötött szén mennyiségében. Az ún. C4 növényekben, mint a kukorica, cirok, cukornád, a foszfoenolpiruvát (PEP)-karboxiláz enzim működik és a CO2-fixáció korai termékeként négy C-atomos oxálecetsav képződik. A fotoszintézis folyamatában felhasználható sugárzási spektrumot (400700nm) tekintve a létrejött biomassza energiáját az elnyelt sugárzás energiájához viszonyítva megállapítható, hogy a C3 növényekben 9.4%, míg a C4 növényekben 12.3% az elméletileg maximális energiahasznosítás (Zhu és mtsai, 2010). Tekintettel arra, hogy a kloroplasztisz DNS is módosítható génbeépítéssel, több próbálkozás történt a Rubisco enzim alegységeinek kombinálására különböző növényekből. Az ilyen hibrid enzimek paraméterei nem bizonyultak jobbnak a donor növényekénél. Ezzel szemben a szedoheptulóz 1,7-biszfoszfatáz (SBP-áz) enzim aktivitásának fokozása a GM dohánynövények leveleiben a CO2 asszimilációt javította és ennek következtében megnőtt a levelek tömege (1.ábra, Lefebvre és mtsai., 2005)

- 42 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

1. ábra A szedoheptulóz 1,7-biszfoszfatáz (SBP) enzim túltermeltetése GM növényekben javította a CO2 asszimilációt (A) és nagyobb zöldtömeget eredményezett (B) (Lefebvre és mtsai 2005) A biokémiai folyamatok mellett a növény struktúrája, a levelek mérete, elhelyezkedése is jelentősen befolyásolja a fény hasznosulását, és így a szervesanyag produkciót. A növényi hormonok közül a gibberellinek vagy brasszinoszteroidok hatását érintő genetikai változások vezethetnek féltörpe, felálló levelű növények kialakulásához. A 2. ábra bemutatja a kontroll és GM rizs növények fenotípusát. A rizs OsBRI1 gén egy membrán fehérjét, brasszinoszteroid receptort kódol, amely rendelkezik egy leucinban gazdag régióval (LRR) és egy, a foszforilációt végző kinázzal (KD), valamint a membránban elhelyezkedő szakaszokkal (TM és JM). A génbeépítéshez a gén csonka változatát használták, ami a gén termék csökkenését eredményezte. A hormonérzéketlenség következménye a felálló típusú levelek kialakulása, ami 26%-os szemtermés-növekedéssel párosult (Morinaka és mtsai 2006).

2. ábra A brasszinoszteroid (BR) hormonreceptor szintézisének gátlása felálló levelű GM rizst eredményezett megnövekedett termőképességgel. (A) a BR receptor kináz főbb elemei és a génbeépítéshez használt csonka változat (OsBRI1-KD) (B) a kontroll(WT) és GM növény (BKD11) morfológiája (C) az OsBRI1-KD gén termékének csökkenése a GM vonalakban (BKD11, BKD22) (Morinaka és mtsai 2006)

- 43 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

4. A keményítőhozam maximalizálása géntechnológiával Gabonaféléink termésének domináns összetevője a keményítő, ami a száraz szemsúly 70%-át is adhatja. Így a keményítő bioszintetikus út egyes lépései, enzimösszetevői kiemelt figyelmet érdemelnek, ha maximálni kívánjuk a termést és ezzel a bioenergia kihozatalt. A fejlődő szemekben az ADP-glükóz-pirofoszforiláz (AGPáz) enzim, mint keményítőszintézist meghatározó faktor működik, mivel terméke, az ADP-glükóz glükozil-donorként szolgál a keményítő polimerizációjához. A keményítőszintézis elsődlegesen a plasztiszokban, az amiloplasztokban, illetve az endospermiumban zajlik az ADP-glükózt szubsztrátként használó keményítőszintáz enzim működése révén. A keményítő végső bonyolult szerkezetét elágazást létesítő és megszüntető enzimek alakítják ki. A keményítő két glükóz polimerből épül fel. Az amilóz (20–30%) lineárisan kapcsolódó glükóz egységeivel szemben az amilopektin (70–80%) erősen elágazó szerkezetű. A keményítőszintézis fokozódását várhatjuk az ADPglükózszint emelkedésétől, illetve az ADP-glükózpirofoszforiláz (AGPáz) aktivitás növelésétől. Wang és mtsai (2007) egy mutáns bakteriális AGPáz enzimet fejeztettek ki szemspecifikus zein promóterrel transzgenikus kukoricavonalakban. A szemek nagyobb mérete a fokozott keményítőszintézis folytán megnagyobbodott (3. ábra).

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

transzgénikus GM

A bakteriális gén beépítése nagyobb keményítőtartalomhoz vezetett

3. ábra Mutáns ADP-glükóz pirofoszforiláz hatására nagyobb kukoricaszemek fejlődnek (Wang és mtsai, 2007) A hormon anyagcsereút módosítása szintén eredményezhet többlettermést, és így az energia alapanyag hatékonyabb előállítását. Wu és munkatársai (2008) a brasszinosteroid szintjét növelték meg GM rizs növényekben azzal a céllal, hogy serkentsék a szemfeltöltődést. A szterol

- 44 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

C22 hydroxyláz (CYP) enzim cDNS-ét az S-adenozil-metionin szintáz gén promóterével fejeztették ki. Mint a 4. ábrán látható, mind a kukorica (ZmCYP), mind az Arabidopsis (AtgCYP) gén fokozott működése következtében javultak az agronómiai bélyegek. Jobb bokrosodás mellett több szem alakult ki. A nagyobb szemek is hozzájárultak a többletterméshez mind üvegházban, mind szabadföldön. A GM növényekben a CO2 asszimiláció hatékonyabban történt.

4. ábra A GM rizs növények tulajdonságainak javulása a brasszinoszteroid (BR) hormon szintézisének fokozása révén. A szterol C22 hydroxyláz (CYP) gén működésének aktiválódását a mRNS mennyiségének növekedése jelzi (F és G) Fontosabb fenotípus bélyegek: (A) Magméret a vad típusban (B) Magméret Zm-CYP-1GM növény esetében (C) Tőszám a vad típusnál (D) Tőszám Zm-CYP-1 túltermelő vonalban (E) Kifejlett növények a kísérleti parcellában túltermelő vonalban (At-gCYP-5) (F: vad típus és G: GM vonal) (Wu és mtsai 2008) Egymásnak erősen ellentmondó érvekkel találkozhatunk a növényekből nyert, ún. zöldenergiák szerepéről az energiaválság mérséklésében és a lehetséges környezeti és szociális problémák megítélésében. Elemzések hivatkoznak arra, hogy az agrárüzemanyagok sokkal szerényebb energianyereséget adnak, mint más megújuló energiaforrások, viszont a negatív környezeti hatások sokkal jelentősebbek (Barbara, 2007). A termesztett növényeket mint energiaforrásokat előtérbe helyező energiapolitikai döntések tudományos közleményekre támaszkodnak, amelyek a teljes előállítási folyamatot értékelve 25%-os energiatöbbletet mutatnak ki a kukoricaszem eredetű etanol esetében, illetve 93%-os pozitívumot a szójából készült biodízel felhasználásakor (Hill és mtsai, 2006). A kibocsátott üvegházgázok

- 45 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

mennyiségében a bioetanol elégetésekor 12%-os, a biodízel használatakor 41%-os csökkenést kalkulálnak a szerzők. A gyakran spekulatív alapú viták közepette abban talán egyet lehet érteni, hogy az energiatermelés hatékonyságát és az alapanyagok körének bővítését szolgáló technológiák javítása mindenképpen indokolt. A jelenlegi bioetanol-üzemek elsődlegesen kukorica-, kisebb mennyiségben búzakeményítőt használnak fermentációs alapanyagként A keményítő lebontása, hidrolízise elvégezhető hőstabil α-amiláz-kezeléssel 90–110 °C-on baktérium (Bacillus, Escherichia) eredetű enzimmel. A cukrosítás olcsóbb formája, ha alacsony hőmérsékleten (60–70°C) Aspergillus vagy Rhizopus fajokból származó glükoamilázzal állítják elő a cukorszirupot keményítőből. Ebben a gyártási fázisban a géntechnológia ott kap szerepet, hogy olyan GM növényeket hoznak létre, amelyek a keményítőt bontó amiláz enzim génjét magában az endospermiumban fejezik ki; ezzel magukban a kukoricaszemekben megy végbe a cukrosítás (Bothast és Schlicher, 2005). 5. A zöld biomassza növelésének fejlődésbiológiai és molekuláris lehetőségei A várható technológiai fejlesztések eredményei ellenére tudatában kell lennünk a keményítő/cukor alapú energiatermelés korlátainak. Ha az USA teljes kukoricaterméséből etanolt állítanának elő, akkor is az csak az ország szállítási üzemanyagigényének 15%-át fedezné (Sticklen, 2008). Ezért jelentős ipari fejlesztések indultak a lignocellulóz alapú nyersanyagokból történő etanolgyártás gazdaságosságának megteremtésére. A már üzemelő cégek kukoricaszárat, levelet, csutkát; búza- vagy rizsszalmát; fát, vesszős kölest dolgoznak fel etanollá. Az évelő energiafüvek közül a vesszős kölest (Panicum virgatum) és az óriás olasznádat (Arundo donax), valamint a gyorsan növő fákat, mint a nyárfát és a fűzfát tekintik használható alapanyagoknak (Karp és Shield, 2008). A növényi sejtfal poliszacharidokból, mint cellulóz (44%), hemicellulóz (30%), továbbá pektinből és ligninből (26%) felépülő struktúra, amelyből etanollá fermentálható cukor szabadítható fel. A savas (H2SO4) előkezelést követően végzett celluláz emésztés glükóz felszabadulását eredményezi. A hemicellulóz és a pektin savas előkezelésével xilóz, arabinóz, glükóz és galaktóz képződését lehet biztosítani. A cukrosítás során termelődött fermentálható cukrokból élesztősejtek készítenek alkoholt. Nem lehet kétséges, hogy a növények energia célú hasznosításának kulcsát a biomassza hozam nagysága jelenti. A szerves anyag növelésére irányuló nemesítés sokban támaszkodhat a legújabb fejlődésbiológiai ismeretekre és felhasználhatja a sejtek osztódását, megnyúlását vagy hormonreakcióit befolyásoló géneket a növények tömegének optimalizálására (lásd összefoglaló cikk, Gonzalez és mtsai, 2009). Könnyen belátható, hogy a szerveket alkotó sejtek számának megemelkedése tömegében megnagyobbodott növényt eredményezhet. A növényi sejtek osztódását szabályzó gének és fehérjekomplexek megismerésében az utóbbi években jelentős előrehaladás történt. Így a ciklinek, a ciklin-függő kinázok (CDK) központi szerepet játszanak a sejtek osztódási ciklusának elindításában. A CDK komplexek egyik szubsztrátja a tumorgátló fehérje, a retinoblasztóma növényi homológja (RBR). Az 5.ábra azt mutatja be, hogy ha a rizs RBR cDNS gént fordított irányba működtetjük GM sejtvonalakban, akkor megnövelhető az osztódó sejtek száma a sejttenyészetben, ami nagyobb sejthozamot eredményez. Ezzel szemben, ha túltermeltetjük a rizs RBR fehérjét, akkor lecsökken az osztódások gyakorisága.

- 46 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

5. ábra Az RBR mRNS-szint hatása a DNS-t szintetizáló 5 - etinil - 2’- deoxiuridinnel jelölt sejtek (zöld és sárga szín) számára, illetve a biomassza termelésre sejtszuszpenziós kultúrában (Ayaydin és mtsai, 2010, kézirat) A szervek méretének növelése elérhető egyetlen gén működésének fokozásával. A 6.ábra egy olyan GM növényt mutat be, amelynek ARGOS génjét egy erős virális promóterrel építették vissza. Az ARGOS fehérje az auxin hormon hatásának fokozása révén fejti ki sejtosztódást stimuláló szerepét (Hu és mtsai., 2003). A növények növekedését és fejlődését szabályzó gének és anyagcsere utak megismerésében igen nagy előnnyel bírnak a lúdfűre, az Arabidopsisra épített kísérleti rendszerek. A gének hatásainak ismeretében az energia növények bevonásával is ellenőrizhető a génbeépítési stratégia használhatósága. 6. ábraAz ARGOS gén túltermeltetése megnövelte az Arabidopsis GM növények tömegét – jobb oldali növény (Hu és mtsai, 2003) A géntechnológiát is alkalmazó nemesítés törekvéseiben támaszkodhat a növényi sejtfalat kialakító gének, illetve anyagcsere utak optimalizálását megalapozó megközelítésekre. A másodlagos sejtfalakban képződő lignin jelentősen csökkenti a biomassza emészthetőségét és így a cukorkinyerés hatékonyságát (Li és mtsai, 2008). A lignintartalom csökkentése és szerkezetének megváltoztatása végett nagyszámú génbeépítést végeztek elsődlegesen a bioszintézist végző enzimek aktivitásának mérséklésére. A quinát-hidroxicinnamal-transzferáz (HCT) gén fordított antiszensz irányú

- 47 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

beépítése következtében csökkent a lignin mennyiség. A celluláz enzimmel végzett cukrosítás csaknem dupla hatékonyságú volt a HCT antiszensz növények leveleit használva, mint a kontroll genotípus növényein. A lignintartalom csökkenésével arányosan javult a savas kezeléssel felszabadított cukorhozam. 6. A géntechnológia a fenntartható fejlődés szolgálatában Az emberiség előtt álló egyik legnagyobb kihívás: miként táplálható a folyamatosan növekvő népesség. A mostani 6,2 milliárd ember helyett 2050-ben 9,1 milliárd él majd bolygónkon, ami 40%-os népességnövekedést jelent a becslések szerint. Ebből fakadóan a következő 40 évben megduplázódik az élelmiszerigény, miközben folyamatosan csökken a megművelhető földterület, valamint fogy a mezőgazdaság számára biztosítható víz mennyisége. Teljesíthetetlennek látszó feladat, mintha felidéződne Malthus hamis próféciája. Mint a korábbi századokban bebizonyosodott, úgy az előttünk álló évtizedekre előre tekintve is bízhatunk abban, hogy a tudományos megismerés és a technológiai innováció ma még nem látható eredményességgel teszi lehetővé a klímaproblémák kezelését és biztosítja az igények kielégítését az élelmiszertermelésben. Gyakran hivatkoznak a fenntartható fejlődést biztosító emberi tevékenységek előtérbe helyezésének szükségességére, a korlátozott erőforrás felhasználás követelményére, miközben a háttérben a fejlődés korlátozásának szándéka húzódik meg, mint lehetséges megoldási javaslat. Természetesen a demográfiai folyamatok megállíthatatlanok és nem tekinthetünk el a fenntarthatóság intenzifikálásának szükségességétől. Ez azt jelenti, hogy ugyanazon vagy csökkenő területen kell több élelmiszert előállítani, gyakran rossz, szélsőséges termesztési feltételek mellett úgy, hogy mérséklődjenek a környezetre kifejtett negatív hatások. Az agrotechnológiai lehetőségek és a növények biológiai képességének alapján jelentős terméspotenciállal lehet számolni, mint ezt az Egyesült Királyságbeli búza- és repcetermesztés példáján Beddington (2010) bemutatja.(7. ábra). 7. ábra Mindkét növény esetében lényegesen nagyobb a termőképességi kapacitás a jelenleginél az Egyesült Királyságban végzett elemzés szerint (Beddington, 2010) Gazdasági növényeink teljesítőképességének optimalizálása a növénynemesítők kezében van, és a tudomány meghatározó szerepet kap a genetikai előrehaladást szolgáló módszerek tökéletesítésében. Így a géntechnológia, a rendszerbiológia, a genomika integráns részévévé válik a fajtaelőállításnak. Az agronómiai gének izolálása, in vitro módosítása, majd visszaépítése a gazdanövény genomjába mindennapos gyakorlattá válik. Nem lehet kétséges, hogy mind a gazdatársadalom, mind a fogyasztók jelenlegi idegenkedése a GM növények hasznosításától az eredmények nyilvánvalóvá válásával csökkeni fog.

- 48 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

Referenciák: Barbara JS (2007) The false promise of biofuels. Special report from the International Forum on Globalization and teh Institute for Policy Studies, Canada; http://www.ifg.org/pdf/biofuels.pdf Beddington J (2010) Food security: contributions from science to a new and greener revolution Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci.365 (1537) 61–71. Bothast RJ és Schlicher MA (2005) Biotechnological processes for conversion of corn into ethanol. Appl Microbiol Biotechnol. 67(1):19-25. Gonzalez N, Beemster GT, Inzé D (2009) David and Goliath: what can the tiny weed Arabidopsis teach us to improve biomass production in crops? Curr Opin Plant Biol. 12(2):15764. Hill J, Nelson E, Tilman D, Polasky S, Tiffany D (2006) Environmental, economic, and energetic costs and benefits of biodiesel and ethanol biofuels. Proc Natl Acad Sci U S A. 103(30):11206-10. Hu Y, Xie Q, Chua NH. (2003) The Arabidopsis auxin-inducible gene ARGOS controls lateral organ size. Plant Cell 15(9):1951-61. Karp A, Shield I (2008) Bioenergy from plants and the sustainable yield challenge. New Phytol. 179(1):15-32. Lefebvre S, Lawson T, Zakhleniuk OV, Lloyd JC, Raines CA, Fryer M (2005) Increased sedoheptulose-1,7-bisphosphatase activity in transgenic tobacco plants stimulates photosynthesis and growth from an early stage in development. Plant Physiol. 138(1):451-60. Li X, Weng JK, Chapple C (2008) Improvement of biomass through lignin modification. Plant J. 54(4):569-81. Morinaka Y, Sakamoto T, Inukai Y, Agetsuma M, Kitano H, Ashikari M, Matsuoka M (2006) Morphological alteration caused by brassinosteroid insensitivity increases the biomass and grain production of rice. Plant Physiol. 141(3):924-31. Sticklen MB (2008) Plant genetic engineering for biofuel production: towards affordable cellulosic ethanol. Nat Rev Genet 9(6):433-43. Wang, Z., Chen, X., Wang, J., Liu, T., Liu,Y., Zhao, L., Wang, G. (2007) Increasing maize seed weight by enhancing the cytoplasmic ADP-glucose pyrophosphorylase activity in transgenic plants. Plant Cell Tissue and Organ Culture, 88: 83–92. Wu CY, Trieu A, Radhakrishnan P, Kwok SF, Harris S, Zhang K, Wang J, Wan J, Zhai H, Takatsuto S, Matsumoto S, Fujioka S, Feldmann KA, Pennell RI (2008) Brassinosteroids regulate grain filling in rice. Plant Cell. 20(8):2130-45. Zhu XG, Long SP, Ort DR (2010) Improving photosynthetic efficiency for greater yield. Annu Rev Plant Biol. 61:235-61.

- 49 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

KUKORICABOGÁR REZISZTENCIA JAVÍTÁSÁNAK LEHETŐSÉGEI Marton L. Csaba – Szőke Csaba – Spitko Tamás MTA Mezőgazdasági Kutatóintézete, Martonvásár

Napjainkra az amerikai kukoricabogár (Diabrotica virgifera virgifera LeConte) a hazai kukoricatermesztés egyik legfontosabb kártevője lett. Minden termesztés szempontjából fontos területen megtalálható, több régióban a gazdasági küszöbértéket meghaladó kártételével a különböző biotikus és abiotikus stresszfaktorok közül a legtöbb problémát jelenti a termelőknek. Kutatásaink célja, hogy meghatározzuk a különböző kukorica genotípusok kukoricabogárral szembeni tolerancia szintjét, illetve szelekciós módszerek segítségével olyan kukoricahibrideket nemesítsünk, melyek megfelelő ellenállósággal rendelkeznek e biotikus stresszfaktorral szemben. 41 martonvásári hibrid toleranciaszintjét vizsgáltuk két évben (2007-2008), három különböző termőhelyen, valamint 2008-ban a hibridek szülői vonalait is két termőhelyen. Szignifikáns különbségeket találtunk a hibridek toleranciaszintjében valamint szoros pozítiv kapcsolatot a gyökérellenállás és a termés mennyisége között. Az ellenállóság szempontjából igen fontos tulajdonság a gyökérregenerációs képesség. Vizsgálataink során három olyan hibridet is találtunk, melynek a gyökérregenerálódási mértéke az átlagnál jóval magasabb volt. A beltenyésztett vonalak kisebb gyökérátmérővel és alacsonyabb gyökérellenállással rendelkeznek, mint a hibridek. Meghatároztuk a gyökérátmérő (140%) és a gyökérellenállás (123%) heterózisának mértékét is. Magyarországon a kukoricatermesztés igen nagy jelentőséggel rendelkezett és rendelkezik ma is. A szántóföldi kulturáink közül jövedelmezősége alapján az elmúlt években mindig az elsők között szerepelt, a vetésterülete pedig évente közel 1,1-1,2 millió hektár volt. Termesztésének eredményességét eddig is több kórokozó és kártevő befolyásolta, amit csak tovább rontott az amerikai kukoricabogár 1995-ös megjelenése. Magyarországon ma már évente körülbelül 100.000 ha a károsított terület becsült nagysága, melynek 1/3-án súlyos növénydőléssel járó kártétel is tapasztalható. A termésveszteséggel kapcsolatban pontos adatok nincsenek, de ez az érték az éves hazai termés kb. 5-10%-a lehet. Kártételének következményeként a termésveszteség nagysága tág határok között mozog : néhány százaléktól, akár 70-80% is lehet (Sivcev és Tomasev, 2002; Nagy és mtsai 2003). Amerikai adatok szerint a termésveszteség a kémiai védekezés költségeivel együtt körülbelül 1 milliárd dollár árbevétel kiesést jelent éves szinten (Krysan és Miller, 1986). Megjelenését és kártételének mértékét nagy mértékben befolyásolja az adott év időjárása és a rovarpopuláció nagysága (Keszthelyi, 2006). Az agrotechnikai (Riedell és mtsai, 1992; Széll és mtsai, 2005; Árendás és mtsai, 2009) a kémiai és biotechnológiai védekezési (Keszthelyi és mtsai, 2009) eljárások mellett már több évtizede próbálnak a kártevővel szemben rezisztens kukoricát nemesíteni (Owens és mtsai, 1974; Hibbard és mtsai, 1999; Ivezic és mtsai, 2006; Šimic és mtsai, 2007; Tollefson, 2007; Szőke és mtsai, 2008). Painter (1951) a gazda-növény rezisztencia kapcsolatát három alapvető mechanizmussal magyarázza (nonpreferenc, antibiosis, tolerance), melyek közül a konvencionális nemesítés a toleranciára tud alapozni. A tolerancia esetében a különbségek főleg a hibridek eltérő növényi habitusából adódnak (erősebb szár, nagyobb, masszívabb gyökértömeg, erőteljesebb gyökérregeneráció). Dolgozatunkban ismertetjük az általunk vizsgált 41 kukoricahibrid és szülői komponenseinek toleranciaszintjét a kukoricabogárral szemben.

- 50 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

Anyag és módszer Az amerikai kukoricabogárral szembeni toleranciaszint meghatározása céljából 20072008-ban három termőhelyen, három ismétléses kísérletet állítottunk be 41 martonvásári nemesítésű hibriddel. 2008-ban a 41 hibrid szülői komponenseit is elvetettük A termőhelyek kiválasztásánál az előző évi természetes kukoricabogár fertőzöttség mértékét és a talajadottságokat vettük figyelembe. Az előző évi gyökérdőlési értékek a három termőhelyen a következő képpen alakultak: Kőszárhegyen 55%, Lászlópusztán 40%, míg Martonvásáron 30%. A kétsoros parcellák 6 m hosszúak, míg a sortáv 0,7 m, a tőtáv pedig 0,2 m volt. Mindegyik helyen két alkalommal (06. 22. és 09. 15.) gyökérellenállás-mérő segítségével parcellánként 5 növényen mértük a 41 genotípus gyökérellenállását, majd Iowa skála segítségével (1=nincs kártétel, 6=3 vagy több gyökérszint pusztult) bonitáltuk a gyökéren látható kártételt, és mértük a gyökérátmérőt. A kapott értékek segítségével meghatároztuk a gyökérregeneráció mértékét (második felvételezett érték - első felvételezett érték). A gyökérellenállás meghatározása egy rúgós erőmérővel felszerelt kétkarú emelővel történt, amellyel mértük a gyökér kiemeléséhez szükséges erőt. Betakarítás előtt felvételeztük a megdőlt növények számát, ezt követően pedig a parcellák 2 m-es szakaszáról betakarítottuk a termést. Az adatokat variancia- és regresszióanalízis számítással értékeltük ki (Sváb, 1981). Eredmények és következtetések A vizsgált hibridek gyökérkárosodási mértéke a vizsgált két évben, illetve a termőhelyek között jelentős különbséget mutatott. A legerősebb fertőzést 2007-ben Kőszárhegyen tapasztaltunk, ezt követte a lászlópusztai majd a martonvásári kísérlet. 2008-ban a martonvásári területen volt a legjelentősebb gyökérkártétel. A lászlópusztai terület ebben az évben is a második volt, míg a legkisebb mértékben a kőszárhegyi területen károsodott a kukorica. Jelentős különbség volt 2007ben a fertőzés mértékében az első és a második felvételezés gyökérkárosodása között. A második felvételezés alkalmával Kőszárhegyen jelentős csökkenés volt megfigyelhető az első felvételezési értékekhez képest, melyben feltehetően a gyökérregenerációnak volt jelentős szerepe (1. ábra). A gyökérregeneráció egyrészt a megfelelő időben lehullott csapadéknak, másrészt a hibridek eltérő mértékű regenerációs képességének volt köszönhető (2. ábra). Az ábra szerint három hibrid igen jelentős a gyökérregenerációs képességgel rendelkezik. 2008-ban viszont egyik termőhelyen sem kaptunk az első és a második mintázás között szignifikáns különbséget. 6 Kőszárhegy

Lászlópuszta

20

Martonvásár

5

Gyakoríság

(Iowa skála)

SzD5%= 0,15 4 3 2

15 10 5 0

1 0 1. mintázás

2. mintázás 2007

1. mintázás

-1--

0,1-

1,1-

2,1-

3,1-

0,5

0,49

1,49

2,49

3,49

2. mintázás 2008

1. ábra. A gyökérkártétel mértéke hibridek átlagában (2007-2008)

Gyakorísági csoportok

2. ábra. A regenerálódás gyakorisági eloszlása a (Kőszárhegy, 2007)

- 51 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

Feltételezhető, hogy mivel jelentős különbségek voltak a gyökér-ellenállási értékek között a 41 vizsgált genotípus eltérő színtű toleranciával rendelkezik a károsítóval szemben, (3. ábra).

3. ábra. A különböző termőhelyeken mért gyökérellenállás nagysága a hibridek átlagában (2007-2008)

4. ábra. A különböző termőhelyeken mért gyökérméret nagysága a hibridek átlagában (2007-2008)

Különösen szembetűnő a két év közötti nagy különbség, noha az Iowa skála szerinti fertőzöttség mértékében a két év nem különbözött jelentősen egymástól. A különbség okát a két év eltérő csapadék ellátottságában kereshetjük : 2007-ben szárazság korlátozta a növények fejlődését, míg 2008-ban jóval kedvezőbb volt a kukorica számára a csapadékellátás. Ezt támasztja alá a gyökérátmérő értékeinek az alakulása is (4. ábra). 2008-ban a károsítás ellenére a megmaradt gyökerek átmérője lényegesen nagyobb volt, mint 2007-ben. A kísérletekben mért termésmennyiségek is a két év klimatikus viszonyainak a különbözőségét mutatják (5 ábra). 2008-ban a fertőzöttség az előző évhez hasonló volt, de a több csapadéknak köszönhetően jobb volt a talaj vízellátása, aminek eredményeként a hibridek termésátlaga közel 50 %-al haladta meg a 2007. évi termésátlagot.

5. ábra. A termésmennyiségek a különböző termőhelyeken a hibridek átlagában (2007-2008)

- 52 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

Bár a termés kialakulására a klimatikus viszonyok döntő hatással voltak, a fertőzöttség (Iowa skála) és a termésmennyiség között 2007-ben r=0,703***, míg 2008-ban r= 0,409*** szintű pozitív korrelációt találtunk. A nagyobb kártétel miatt kisebb lett a termés. A gyökérellenállás és a termés közötti kapcsolat csak 2007-ben volt megbízható (r=0,673***). Ezek az értékek a kukoricabogár terméscsökkentő hatását mutatják, s rávilágítanak arra is, hogy a károsítás száraz klíma esetén még súlyosabb mértékű lehet. A gyökérellenállást jó mutatónak találtuk a gyökétkártétel jellemzésére. Az évek és a kísérleti helyek átlagában az értékek széles tartományban mozogtak (72–126 kp) és közepesen szoros korrelációban álltak (r=0,615***) az Iowa skála értékekkel (1.2–2.4) (6. ábra). A nagyobb gyökérellenállási értékkel rendelkező hibridek gyökérkárosodása szignifikánsan kisebb volt, mint a kisebb gyökérellenállással rendelkező hibrideké. A szárazabb kísérleti évben (2007) a korreláció szorosabb (r=0,768***), míg a csapadékosabb évben (2008) lazább (r=0,378***) volt. 2008-ban mindhárom helyen meghatároztuk a hibridek és szülői komponenseik ellenállóságát a kukoricabogárral szemben. Az Iowa skála értékei szerint a törzsek 20%-al erősebb gyökérfertőzést mutattak, mint a hibridek (7. ábra). Gyök. ellenállás IOWA

120 90 60 30

2,5

2,5

2

2,0 1,5 1,0 0,5

Kőszárhegy

Martonvásár

Lászlópuszta

1,5 1 0,5

0,0

EX P3 EX 7 P1 EX 3 P3 EX 1 P2 EX 8 P0 EX 2 P2 EX 7 P0 EX 1 P1 EX 2 P0 5

0

3,0

(Iowa skála)

(kp)

180 150

Iowa skála

210

0

SzD5%=0.59

6. ábra. A kukoricahibridek gyökérellenállási-és fertőzöttségi (Iowa skála) értékei (3 hely, 2 év és 2 mintázás átlagában)

Hybrid

P arent

7. ábra. A különböző termőhelyeken mért gyökérkártétel mértéke a hibridek és a törzsek esetében (1. mintázás, 2008)

A beltenyésztett vonalak gyökérátmérője kisebb (8. ábra) és a gyökérellenállási értékei is alacsonyabbak (9. ábra), mint a hibrideké. A szülők átlagához képest a gyökérátmérő esetében a heterózis mértéke 140%, míg ez az érték a gyökér-ellenállóképességnél 123%. Mindamellett jelentős szórást figyeltünk meg a beltenyésztett vonalak gyökér-ellenállóképességében. A leggyengébb beltenyésztett vonal gyökér-ellenállóképesség nagysága 37 kp, míg a legerősebb 129 kp volt, azaz a talajból történő kihúzása több mint háromszor nagyobb erőkifejtést igényelt.

- 53 -

„GM


25

Kőszárhegy

Martonvásár


JÚLIUS

200

Lászlópuszta

Lászlópuszta

20

Kőszárhegy

Martonvásár

7-8.

150

(cm)

(kp)

15 10

100 50

5 0

0 SzD5%=0.73

SzD5%=0.68

Hibrid

Hibrid

Törzs

Törzs

8. ábra. A különböző termőhelyeken mért gyökérnagyság a hibridek és törzsek esetében (1. mintázás, 2008)

9. ábra. A különböző termőhelyeken mért gyökérellenállási értékek a hibridek és a törzsek esetében (1. mintázás, 2008)

Összefoglalás Megállapítottuk, hogy a vizsgált 41 kukoricahibrid eltérő toleranciaszinttel rendelkezik az amerikai kukoricabogárral szemben. A tolerancia főleg a hibridek eltérő külső jegyeiből adódik, mint például az erősebb, nagyobb regenerációra képes gyökérrendszer. A vizsgált anyagok közül három hibrid esetében kiemelkedően magas volt a gyökér regenerálódási képesség. A gyökérregeneráció mértéke egyrészt az adott hibridtől, másrészt a környezeti tényezőktől is függ. Az eredmények alapján elmondható, hogy a vizsgált kukorica genotípusok toleranciaszintje eltérő a kukoricabogárral szemben, valamint a gyökérregeneráció mértékében is vannak lényeges eltérések a genotípusok között, amit szelekció során figyelembe kell vennünk. Az általunk alkalmazott gyökérellenállás-mérésen alapuló szelekciós módszer kiegészítve gyökérdőlés- és Iowa-skála szerint értékelt gyökérkártétel-vizsgálat felvételezéssel megfelelő módszer lehet arra, hogy nagy számú kukorica genotípus toleranciaszintjét viszonylag gyorsan megállapíthassuk. A beltenyésztett vonalak gyökérátmérője kisebb és a gyökérellenállási értékei is alacsonyabbak mint a hibrideké. A gyökérátmérő esetében a heterózis mértéke 140% , míg ez az érték a gyökér-ellenállóképességnél 123%. A beltenyésztett vonalak gyökér-ellenállóképességében a hibridekhez képest jelentősebb különbségeket figyeltünk meg. A leggyengébb beltenyésztett vonal gyökér-ellenállóképesség nagysága 37 kp, míg a legerősebbé 129 kp volt. A heterózis alacsony szintje és a különbség széles tartománya módot ad a beltenyésztés ideje alatt az eredményes szelekcióra.

Köszönetnyilvánítás A kutatásokat a Jedlik Ányos (Project szám: KUKBOGMV OM00063/2008) NKFP pályázat és az AGRISAFE Project (EU-FP7-REGPOT 2007-1 No. 203288) támogatta.

- 54 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

Irodalom Árendás T., Bónis P., Szőke Cs., Vuts J. és Tóth M. (2009): A kukoricabogár (Diabrotica v. virgifera LeConte) kártétele és az imágó rajzásdinamikája trágyázási tartamkísérletekben. Növényvédelem, 45:291-296. Hibbard, B. E., Darrah, L. L. and Barry, B. D. (1999): Combining ability of resistance leads and identification of a new resistance source for western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomelidae) larvae in corn. Maydica 44:133–139 Ivezic, M., Tollefson, J. J., Raspudic, E., Brkic, I., Brmez, M. and Hibbard, B. E. (2006): Evaluation of corn hybrids for tolerance to corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera LeConte) larval feeding. Cer. Res. Commun. 34:1001-1007. Keszthelyi S. (2006): Az amerikai kukoricabogár (Diabrotica virgifera virgifera LeConte) 2005. évi rajzása egy talajfertőtlenített kukoricatáblában az időjárás függvényében. Növénytermelés 55: 173-182. Keszthelyi S., Vörös G., Szeőke K. és Fischl G. (2009): Az árukukorica növényvédelme. Növényvédelem 45:257-277 Krysan, J. L. and Miller, T. A. (1986): Methods for study of pest Diabrotica. Springer-Verlag, New York, USA. Nagy G., Komáromi J. és Kiss J. (2003): Az amerikai kukoricabogár lárvakártételének hatása a monokultúrában termesztett kukorica terméseredményeire. Gyakorlati Agrofórum, (Extra 4):9-10. Owens, J.C, Peters, D.C. and Hallauer, A.R. (1974): Corn rootworm tolerance in maize. Environ. Entomology 3:767-772 Painter, R.H (1951): Insect Resistance in Crop Plants. University of Kansas Press, Lawrence, KS. Riedell, W. E., Gustin, R. D. and Beck, D. L. (1992): Effect of irrigation on root growth and yield of plants damaged by western corn rootworm larvae. Maydica 37:143-148. Šimić, D., Ivezic, M., Brkić, I., Raspudić, E., Brmez, M., Majić, I., Brkić, A., Ledenćan, T., Tollefson, J. J. and Hibbard, B. E. (2007): Environmental and genotypic effects for western corn rootworm tolerance traits in american and european maize trials. Maydica 52:425-430 Sivcev, I. and Tomasev, I. (2002): Distribution of Diabrotica virgifera virgifera LeConte in Serbia in 1998. Acta Phytopatholigica et Entomologica Hungarica 37:145-153 Sváb J. (1981): Biometriai módszerek a mezőgazdasági kutatásban. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 490 p. Széll, E., Zsellér, I., Ripka, G., Kiss, J. and Princzinger, G. (2005): Strategies for controlling Western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera) Acta Agronomica Hungarica 53:71-79. Szőke, C., Pintér J., Hegyi Z. and Marton L. C. (2008): Studies on the tolerance of maize hybrids to corn rootworm on various types of soil. Cer. Res. Commun. 36:1675-1678. Tollefson, J. J. (2007): Evaluating maize for resistance to Diabrotica virgifera virgifera Leconte (Coleoptera: Chrysomelidae). Maydica 52:311-318

- 55 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

GÉNTECHNOLÓGIA ALKALMAZÁSA A PAPRIKANEMESÍTÉSBEN Jeney Apor Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóközpont, Gödöllő

A burgonyafélék (Solanaceae) családjába tartozó Capsicum nemzetség öt faját (C. annuum, C. chinense, C. baccatum, C. frutescens, C. pubescens) világszerte termesztik, ezek közül a legelterjedtebbek a C. annuum nemesítési alapanyagok F1 hibridjei. A másik négy fajt fűszernövényként használják, illetve genetikai állományuk betegségek elleni rezisztencia forrásként szolgál a nemesítők számára. Magyarországot a világ 10 legnagyobb paprika termesztő országa között tartják számon, és a nemzeti paprikafogyasztás is jelentős (kb. 10 kg/fő/év). A kertészeti növények, így a paprika egy jelentős részét is a hagyományosnál költségesebb, úgynevezett intenzív termesztés technológiával termesztik, amely során ma már meg kell felelni a környezetvédelmi elvárásoknak is. Így nagy lehetőség rejlik az új fajták nemesítésében, amelyek a jó termőképesség, beltartalmi értékek és még számtalan fontos tulajdonság mellett a kórokozókkal és kártevőkkel szemben génikusan meghatározott ellenállósággal is rendelkeznek. A paprika termesztés során számos kórokozó és kártevő okoz mennyiségi és minőségi termésveszteséget. A növényvírusok közül több mint 40 faj képes fertőzni a paprikát, amelyek közül hazánkban az egyik legsúlyosabb kárt a paradicsom foltos hervadás vírus (Tomato spotted wilt virus - TSWV) okozza. A baktériumok közül egyetlen faj, a Xanthomonas vesicatoria károsítja a paprikát szabadföldi körülmények között. A paprika kártevők közül a legkomolyabb problémát a gyökérgubacs fonalférgek (Meloidogyne spp.) kártétele jelenti. A molekuláris módszereken alapuló technikákat, amelyek segíthetik a nemesítés hatékonyságát és gyorsaságát, a TSWV-vel és a gyökérgubacs fonalférgekkel szemben ellenálló fajták nemesítésén keresztül mutatjuk be. A TSWV az egyik legelterjedtebb, közel 900 gazdanövénnyel rendelkező kórokozó és az ellene történő védekezés nehézsége miatt különösen fontos a TSWV-vel szemben ellenálló fajták alkalmazása a termesztésben. Ezt nagymértékben elősegítheti, hogy a C. chinense vad fajban, amely könnyen keresztezhető a C. annuum-mal, ismert egy, a vírus ellen hatékony védelmet biztosító monogénes domináns rezisztenciagén (Tsw). A Meloidogyne fajok a paprika gyökérzetén gubacsokat hoznak létre, amelyek fejlődési zavarokhoz vezetnek a csökkent tápanyag- és vízfelvétel miatt és a termésveszteség akár 30-40%-os is lehet. A hatékony talajfertőtlenítéshez korábban használt metilbromidot 2005-től betiltották, így megnőtt a rezisztens fajták előállításának jelentősége. A gyökérgubacs fonalférgek ellen több természetes rezisztenciaforrást azonosítottak vad paprika fajokban, amelyek közt vannak olyanok, amelyek több fonalféreg faj ellen is hatásosak, mint például a Me1 rezisztencia gén. Új, rezisztens paprika fajták létrehozása hagyományos nemesítéssel rendkívül költséges, időigényes, valamint a biológiai tesztek miatt bizonytalan és veszélyes folyamat. Ezek a hátrányok teszik indokolttá a molekuláris módszerek alkalmazását a nemesítésben. A marker alapú szelekció (MAS - Marker Assisted Selection) során egy gazdasági előnyt jelentő tulajdonságért felelős génhez, esetünkben az adott rezisztencia génekhez kapcsolt, tehát a génnel együtt öröklődő, DNS alapú molekuláris markereket azonosítunk, majd azokat a nemesítésben a gének követésére használjuk, ezzel a nemesítés ideje rövidül. Ez annak köszönhető, hogy a rezisztens és szenzitív utódokat, valamint a domináns homozigóta és domináns heterozigóta egyedeket a fejlődés korai szakaszában azonosítani lehet a markerek

- 56 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

segítségével, ebből következően az időigényes, és bonyolult kísérletsorozatot igénylő fenotípus meghatározás (rezisztencia teszt) részben, vagy egészen elhagyható. Markerként mindig csak a polimorfizmust mutató, öröklődő tulajdonságok jöhetnek számításba. Ezek lehetnek morfológiai és molekuláris markerek is. Az elmúlt évtizedekben már nem csak a különböző természetes előfordulású, vagy mutagén kezeléssel előállított morfológiai különbségeket tudjuk azonosítani, hanem a molekuláris biológia fejlődésével a DNS szekvencia különbségeit, azaz a különböző DNS polimorfizmusokat is. Az ezekkel szemben támasztott legfontosabb követelmény a „közeliség” és a „kétoldaliság”, vagyis a markerek genetikai távolságban mérve legyenek minél közelebb (néhány centimorgan) a vizsgált gén lokuszához, pozíciójukat tekintve pedig a lokusz két oldalán helyezkedjenek el. A kapcsolt DNS alapú molekuláris markerek azonosítására leginkább polimeráz láncreakciós (PCR) technikán alapuló módszerek alkalmasak. Az irodalomban eddig közölt paprika, paradicsom és burgonya – valamennyien a Solanaceae család tagjai – genetikai térképeken szereplő markerek adaptációjával is azonosíthatunk kapcsolt markereket, mert ezen fajok genomjának bizonyos részei szintenikusak, vagyis génsorrendjük több genomi régióban azonos, vagy hasonló. Ehhez az úgynevezett térképtranszfernek nevezett alkalmazáshoz ismernünk kell az általunk vizsgált tulajdonság térképhelyzetét. Amennyiben ez irodalmi adatokból nem ismert, térképezéssel határozhatjuk azt meg. Természetesen az ellenálló és fogékony tulajdonság követésére, tehát markerként való használatra maga a rezisztenciáért felelős gén a legalkalmasabb. Ehhez azonban először a kapcsolt markereket és egyéb molekuláris biológiai, valamint bioinformatikai módszereket felhasználva a gént izolálni és a kívánt tulajdonságért felelős mutációt azonosítani kell, vagyis a genetikai térképezésen alapuló klónozást kell elvégezni. A genetikai térképezést három szakaszra bonthatjuk. Az első a szegregáló populáció előállítása; a második az adatgyűjtés, azaz az egyedek genotípusainak meghatározása a különböző markerekre; a harmadik pedig az adatok analízisével végzett térképszerkesztés. Genetikai térképezésre csak a térképező populáció készítéséhez felhasznált két szülői egyed közötti genetikai különbségek (polimorfizmusok) használhatók, mert csak ezek öröklésmenete vizsgálható. Ezért célszerű olyan egyedeket választani a térképező populáció előállítására, melyek a legtöbb polimorfizmust szolgáltatják. Ha túl közeli genotípusú szülőket választunk ki, akkor nem találunk elegendő különbséget szekvenciáik között, tehát a térképezés lelassul. Túlságosan távoli szülők kiválasztása során pedig episztatikus zavarok, genomátrendeződési és rekombinációs zavarok is befolyásolhatják az eredményeket. A térképezés leggyakrabban visszakeresztezett, F2 szegregáló populáción vagy rekombináns beltenyésztett vonalakon végezhető. Esetünkben – ahol az egyik szülő homozigóta volt a Me1, míg a másik a Tsw génre nézve – F2 szegregáló populációt állítottunk elő az F1 hibridek önbeporzásával, így vizsgálatainkhoz az F2, illetve az F2 növényekről gyűjtött magokból felnevelt F3 egyedeket használtuk. Ezeken a növényeken elvégeztük a rezisztencia tesztet, azaz meghatároztuk a fenotípusukat a Tsw és a Me1 génre nézve, valamint az F3 egyedek fenotípusának megállapításával megismertük az F2 egyedek genotípusát is ezekre a rezisztenciagénekre. A genetikai térképezés második lépéseként meghatároztuk a populációt alkotó egyedek genotípusát minél több markerre nézve. Ehhez természetesen markereket kellett azonosítani, fejleszteni. A markerazonosítást egyrészről AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) technikával végeztük. A módszer lényege, hogy a genomiális DNS-t két restrikciós endonukleáz enzimmel hasítjuk, és a keletkezett DNS fragmentumok végeire helyspecifikus kettős szálú, ismert szekvenciájú adaptereket ligálunk. Az ismeretlen szekvenciájú fragmentumokat PCRrel sokszorozzuk (amplifikáljuk) úgy, hogy az adapterek szekvenciája és a csatlakozó hasított

- 57 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

vég lesz a restrikciós fragmentumok primerkötő helye az amplifikáció alatt. A PCR-primerek 3’ végeihez szelektív nukleotidokat adunk, amelyek a hasítási helyek csak egy csoportját tudják azonosítani. Így csak azok a restrikciós fragmentumok amplifikálódnak, amelyekben a hasítási helyhez kapcsolódó nukleotidok összeillenek a szelektív nukleotidokkal. Esetünkben a TSWVre vagy a gyökérgubacs fonalférgekre nézve szenzitív illetve rezisztens növényekből DNS-t izoláltunk, elvégeztük velük az AFLP-t, és az így kapott DNS fragmentumokat denaturáló poliakrilamid gélen választottuk el, és ezüst festéssel tettük láthatóvá (1. ábra). Azokat a DNS fragmentumokat, amelyek különbséget mutatnak a szenzitív és a rezisztens egyedekben, azaz polimorfak, izoláltuk a gélből, majd meghatároztuk a szekvenciájukat.

1. ábra AFLP marker azonosítása denaturáló poliakrilamid gélen A markerek szekvenciájának ismeretében egy adott szakaszának két végére egymás felé néző oligonukleotid primert tudunk tervezni. Ezek segítségével a növény össz-DNS-éből felsokszorozható a kívánt szakasz és gélelektroforézis felhasználásával láthatóvá tehető. Ez a specifikus primer tervezés és használat azért nagyon fontos, mert az AFLP technika kivitelezése költséges és egy egyszerű PCR reakcióhoz képest hosszadalmas, bonyolult eljárás. Tehát egy több száz, esetleg ezer egyedből álló térképező populáció vizsgálatakor sok idő, energia és pénz takarítható meg. Markerazonosítást végeztünk a már fent említett térképtranszfer segítségével is (2. ábra). Ehhez nagy segítséget jelentett, hogy az elmúlt évtizedben több kutató műhely közölt különböző paprika és paradicsom genetikai térképeket. Ezek alapján sikerült a Tsw és a Me1 rezisztencia génekhez is markereket adaptálnunk. Azaz paradicsom vagy más paprika térképező populáción már beazonosított térképhelyű markert próbálunk ki a mi populációnkon, vagy a már publikált formájában, vagy átalakítva specifikus primerek használatával.

- 58 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

2. ábra A paradicsom és a paprika 10. kromoszómájának összehasonlítása A térképezési munka során az a célunk, hogy a két szülő megfelelő DNS szakaszai között különbséget tudjunk kimutatni. A PCR alapú markerek jelentik ezeket a DNS szakaszokat, amelyek kimutatását négyféle módszerrel végezzük. Abban az esetben, ha egy adott specifikus primerpár a két szülőből különböző méretű fragmentumot sokszoroz vagy agaróz gélelektroforézist (3A. ábra) vagy – a fragmentumok kisebb mértékű, pár bázispár hosszkülönbsége esetén – denaturáló poliakrilamid gélt használunk a polimorfizmus kimutatására. A gélelektroforézis alapelve, hogy ha a töltéssel rendelkező DNS molekulákat elektromos térben a velük összemérhető méretű pórusokkal rendelkező gélanyag egyik végébe helyezzük és a gélre feszültséget kapcsolunk, akkor megfelelő körülmények között a DNSmolekulák a gél pórusain keresztül a pozitív pólus felé vándorolnak. A vándorlás sebessége függ a molekula töltésétől, tömegétől és alakjától továbbá az elektromos térerőtől. A gélben a DNS láthatóvá tehető. Így a fent említett esetben a nagyobb molekulák lemaradnak a kisebbekhez képest. Azonos fragmentum méret esetén az SSCP módszert (3B. ábra) vagy a heteroduplex analízisen alapuló elválasztás technikáját alkalmazzuk. Az SSCP eljárás azon alapul, hogy az egyforma méretű, de szekvenciájukban különböző egyszálú DNS molekulák eltérő konformációt vehetnek fel, ami eltérő mobilitást eredményezhet, így máshova futnak. A CelI enzimmel történő emésztésen alapuló heteroduplex analízis segítségével olyan egyedi nukleotid különbségek SNP-k (Single Nucleotide Polymorphisms) is kimutathatók, amiket SSCP eljárással nem sikerült felfedni, ugyanis a CelI enzim a mismatch-eknél (a két szál különbségéből adódó kihurkolódásoknál: heteroduplex) az egyik szálat hasítja.

- 59 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

3. ábra A Tsw rezisztencia génhez kapcsolt T1 marker domináns kiértékelése agaróz gélen (A) T2 marker kodomináns kiértékelése (nyíllal jelölve) SSCP technikával (B). Kontroll minták: H - heterozigóta rezisztens, S - homozigóta szenzitív, R - homozigóta rezisztens Az általunk fejlesztett PCR alapú markerek kodomináns, illetve domináns-recesszív kiértékelésűek. Kodomináns kiértékelés esetében a heterozigóta egyedek megkülönböztethetők mindkét homozigóta fenotípustól (3B. ábra), míg a másik esetben a domináns homozigóta az adott tulajdonságban nem különböztethető meg a heterozigóta egyedtől (3A. ábra). A genetikai térképezést az adatok analízisével zárjuk, amelynek során az egyedek genotípus adatait markerpáronként összehasonlítjuk és meghatározzuk a két marker közti rekombinációs gyakoriságot, amely a markerek kapcsoltságának mértéke. A markerek egymáshoz viszonyított helyzete a köztük meghatározott rekombinációs gyakoriság figyelembe vételével határozható meg. A különböző markereket tartalmazó kapcsoltsági csoportok összeállítása történhet szám programokkal és színtérkép segítségével is. Majd a kapcsoltsági csoportok megrajzolásával létrejön a genetikai térkép. Esetünkben irodalmi adatok alapján mind a Tsw, mind a Me1 rezisztencia gén esetében ismert, hogy a paprika mely kapcsoltsági csoportján helyezkedik el. Így a finomtérképezést csak azokon a kromoszómákon végeztük, amelyeken a keresett gének találhatók. Kísérleteink igazolták, hogy a hagyományos nemesítés során alkalmazott hosszadalmas fenotípus teszt elvégzése nélkül is nagy biztonsággal meghatározható a vizsgált növények genotípusa a genetikai térképezés során alkalmazott markerek segítségével. A MAS azonban a leghatékonyabbá úgy tehető, ha izoláljuk a gazdaságilag fontos tulajdonságokért felelős géneket, hisz ebben az esetben a génre tervezett specifikus szekvencia-párral végzett PCR során kapott fragmentum, tehát a keresett gén egy részlete maga a követendő molekuláris marker. A genetikai térképezés során a keresett gén minél szorosabb határmarkereinek azonosításával, majd az azok között lévő genomi régió szekvencia analízisével juthatunk el a jelölt génhez. Ha létezik a faj esetében genomi klónokból álló könyvtár, felépíthető egy a határmarkerek közötti régiót lefedő, átfedő inszerteket hordozó klónsorozat. Kromoszóma séta során meghatározzuk ennek a régiónak a teljes szekvenciáját, és feltételezett funkciójuk figyelembe vételével géneket választunk ki. Ezen gének vad típusú és mutáns alléljeinek szekvencia adatait összehasonlítva olyan eltérést keresünk, mely felelős lehet a fenotípus kialakulásáért. A feltételezést igazolhatjuk komplementációs teszttel, amelyben ha a mutáns fenotípusú növények vad típusú alléljai vad fenotípusúvá alakíthatók, akkor valóban a mutációt okozó, keresett gént azonosítottuk. A gének genetikai markerezésével biztonságosabbá, olcsóbbá, egyszerűbbé, kevésbé veszélyessé (a biológia tesztek száma drasztikusan csökkenthető) válik a szelekció és jelentősen lerövidül a fajta előállításhoz szükséges idő.

- 60 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

A GM NÖVÉNYEK GAZDASÁGI HATÁSAI AZ EURÓPAI UNIÓBAN Popp József Agrárgazdasági Kutatóintézet, Budapest

A legutóbbi élelmiszerár-sokkot kiváltó tényezőket három csoportba sorolhatjuk: az elsőbe a mezőgazdasági termelést és kereskedelmet befolyásoló ökológiai és biológiai természetű tényezők, a másodikba a makrogazdasági tényezők (népesség növekedése, fogyasztói jövedelmek emelkedése, kőolaj világpiaci árának drágulása stb.), míg a harmadikba a politikai tényezők (kereskedelemkorlátozó intézkedések bevezetése, bioüzemanyag-gyártás ösztönzése, piacszabályozás megreformálása stb.) tartoznak. E tényezők egy része rövidebb, a másik hosszabb távon fejti ki hatását. Míg pl. a kibocsátás visszaesése a vezető agrártermelő és -exportőr országokban inkább csak éven belül (ciklikusan) hat a piacokra, addig egyes makrogazdasági tényezők sokéves időszakon átívelő, mélyreható strukturális átalakulást idéznek elő. A ciklikus kilengések és a fundamentális szerkezeti változások „kellemetlen mellékhatásai” csillapításának, a piacok stabilizálásának egyik eszköze a modern biotechnológia alkalmazása. A géntechnológiailag módosított (GM) termények évről évre nagyobb volument képviselnek a nemzetközi kereskedelemben, és egyre nagyobb részesedéssel bírnak a világ takarmányés élelmiszerláncában. A GM növények területe 1996-2009 között 1,7 millió hektárról 134 millióra, a globális szántóterületben képviselt arányuk 8 százalékra nőtt. GM növényeket 2009ben a világ 25 országában, ezen belül az EU nyolc tagállamában termesztettek mintegy 110 ezer hektáron. Az EU-ban, Spanyolország egymaga közel 76 000 hektáron termelt Bt-kukoricát, ami az ország összes kukoricatermelésének 22 százalékát jelentette. A spanyol mezőgazdaságban a kukoricamoly kártétele jelentős, ezért ez a technológia sikerrel alkalmazható a kártevővel szemben kevesebb növényvédő szer felhasználása mellett. Romániában az uniós csatlakozás előtt GM szóját (Roundup Ready) már előállították. A csatlakozás után kénytelenek voltak felhagyni vele, mert termesztése nem engedélyezett az EU-ban, csak kereskedelmi forgalmazása. Mivel a nehezen irtható gyomok ellen a hagyományos szójában nem tudtak gazdaságosan védekezni, a szója vetésterülete harmadára csökkent, így behozatalra szorulnak szójából (Románia korábban önellátó volt szójából). A globális népesség élelmiszerigénye 2050-re 70%-al emelkedik. Ez azt jelenti, hogy a jelenleg megtermelt növények mennyiségének legalább a duplájára lesz szükség. Ugyanakkor a mezőgazdasági területek bővítésének a lehetősége korlátozott, a hektáronkénti terméshozam növelése pedig újabb „zöld forradalmat” feltételez. Ez csak megfelelő intézményekkel, megfelelő inputokkal, új technológiákkal és rezisztensebb növényekkel képzelhető el, ezért a jövőben a speciális technológiákra vonatkozó moratórium nem tartható fenn. Ráadásul a biotechnológia az egyik leggyorsabban fejlődő mezőgazdasági technológiává vált, amely a terméshozam növelésével kulcselem a világ éhezőinek az élelmiszer-ellátásában és a negatív környezeti ártalmak visszaszorításával hozzájárul a klímaváltozás mérsékléséhez. Hozzá kell tenni, hogy az éhezés az élelmiszertermelés növekedése mellet a szegények jövedelemhelyzetétől és az élelmiszerkereskedelmi láncok erőfölényétől is függ. A zöld forradalom és GMO közötti különbség abban rejlik, hogy a zöld forradalom közpénzből, a GMO viszont transznacionális vállalatok befektetéseiből született. Továbbá a zöld forradalom eredményeinek hasznosítása komoly állami szaktanácsadásra (mintavételek sokasága) épült, a GMO gyakorlati elterjesztésében viszont transznacionális vállalatok szaktanácsadására van szükség, ez pedig az állami szaktanácsadási munkahelyek feladásával jár együtt. Az új

- 61 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

technológiától való félelem is szerepet játszik a „jogom van elfelejteni téged” magatartás kialakulásához. A termelékenység növekedését azonban nem érjük el új technológia alkalmazása nélkül. A globális szociális, gazdasági és környezeti összeomlás elkerülése érdekében elengedhetetlen a mezőgazdasági termelés radikális átalakítása. Ebből következik, hogy a fenntartható mezőgazdasági technológiákat célszerű a természeti erőforrások maximális kiaknázásának szolgálatába állítani a természeti javak kizsákmányolása nélkül. A különböző gazdálkodási eljárások választási lehetőséget nyújtanak a gazdák számára az élelmezés- és élelmiszerbiztonság kihívásainak leküzdéséhez. A 21. század közepén mindhárom növénytermesztési technológiára (nevezetesen a hagyományos, az ökológiai és a biotechnológiai) szükség lesz az élelmiszer iránti növekvő kereslet kielégítéséhez. Az EU jogszabályrendszere viszont még nem teszi lehetővé a gazdák választási szabadságát a biotechnológia alkalmazására, a fennálló joghézagok pedig tagállami hatáskörben nem oldhatók meg az egyes tagországok eltérő gazdasági, agronómiai, kulturális stb. sajátosságai miatt. A GMO az EU-ban már 10 éve jelen van az élelmiszer-ellátási láncban. Egyes szakértők azért kritizálják a GMO bevezetését, mert összefüggésbe hozzák a növényvédőszer-gyártó vállalatok bevételének növelésével. Említést érdemel, hogy óriási vegyipari konszernek vásároltak fel nemesítő cégeket a transzgénikus növényfajták vetőmagpiacának megszerzéséért, így példátlan koncentrációs folyamat zajlott le a vetőmag- és növényvédőszer-iparban. Ma három transznacionális vállalat (Monsanto, DuPont és Syngenta) ellenőrzi a szabadalmaztatott vetőmagvak globális piacának csaknem felét évi 22 milliárd dollár árbevétel mellett. További három vállalattal (Bayer, BASF és Dow AgroSciences) együtt a globális növényvédőszerpiac háromnegyedét uralják. A transznacionális gabonakereskedő cégek (Cargill, ADM and Bunge) is rendelkeznek GM vetőmaggal kapcsolatos kutatási projektekkel, sőt szoros együttműködést építettek ki a Monsanto és Syngenta vállalatokkal. A gabonakereskedelem érdeke, hogy például a GM szóját kritika nélkül fogadják el a nemzetközi piacokon (elsősorban Európában), vagyis a vevők ne tegyenek különbséget szója és szója között, mert akadályozza a nemzetközi termékkereskedelmet. Ennek ellenére mindaddig lesz kínálat nem GM szójából is a nemzetközi piacon, amíg a vevők hajlandók megfizetni az árkülönbözetet, azaz a felárat. Az EU-ban nem engedélyezett GM szervezetek (GMO) véletlenszerű előfordulása nem tolerált, akkor sem, ha ezek bármely harmadik országban forgalmazhatók. Míg a főbb takarmányexportőr országok meglehetősen gyorsan zöld utat adnak az újabb GM növényfajták bevezetésének a köztermesztésbe, az EU engedélyeztetési gyakorlata politikai és emocionális okokból kifolyólag lényegesen lassúbb: pl. az USA 15 hónap alatt lefolytat egy ilyen eljárást, ezzel szemben a közösségben akár három évig is elhúzódik a procedúra. Ez mára oda vezetett, hogy számos GM növény termelése, forgalmazása, felhasználása a világ több országában engedélyezett, ugyanakkor az EU-ban tilos. A 2007-ben bevezetett zérus- tolarencia számos problémát okoz a GM növények importjában, sőt a jövőben komoly hatással lehet az EU szójabab- és kukorica-,illetve ezek származékos termékei (szójadara, kukoricaglutén-takarmány, száraz kukoricatörköly: DDGS) behozatalára. Ugyanis az exportőrök és importőrök képtelenek garantálni a 0,0 százalék határértéket a tiltott GM összetevőkre. A pragmatikus szakértők elfogadhatónak tartják a 0,5% szennyezést, mert ez a határérték vonatkozik egyéb szennyeződésekre, mint például a szermaradványokra és a nehéz fémekre is, ráadásul a GM növények fogyasztása nem is jelent veszélyt a humán egészségre. Az EU-ba exportált szója 80%-a GM, ennek legnagyobb részét keveréktakarmány előállítására használják. De a vendéglátóiparban is folyamatosan nő a GM szójaolaj felhasználása.

- 62 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

Hazugságban élünk, ha az élelmiszer-ellátási lánc GMO-mentességéről beszélünk. A GM szója behozatala ugyanis legális, ha az adott GM szójafajta kereskedelmi forgalmazását engedélyezte az EU. Az élelmiszer-kereskedelmi láncok polcain szinte alig lehet GMO szennyeződéstől mentes élelmiszert találni, ezért nem célszerű GMO-mentes kínálatról beszélni. A közösségben felhasznált fehérjetakarmányok 60 százaléka – 2009/2010-ben 58 millió tonnából 35 millió tonna – harmadik országokból származik. Az EU elsősorban a világpiacot uraló Dél- és Észak-Amerikától vásárol fehérjetakarmányokat, ahol már számottevő arányban termelnek GM szójababot, valamint kukoricát (és repcét). Nincs mit csodálkozni azon, hogy az EU-ban előállított takarmánykeverékek több mint 90 százalékában találhatók GM összetevők. A visszaszoruló „hagyományos” szójabab termelésének, kezelésének és szállításának többletköltsége természetesen az árában is érvényesül. A GM fajták területének növekedésével az árkülönbség az utóbbi években fokozatosan emelkedett: a nem GM szójadaráért tonnánként már 60-80 dollárral is többet kellett fizetni. Bár a szójadarának Európában nincs igazi alternatívája a takarmányozásban, ekkora felárat az EU állattartói már alig hajlandók megfizetni, ezért a kereslet visszaesésével lehet számolni. A fehérjetakarmányok behozatala mellett – különösen rossztermésű években – az EU jelentős mennyiségű kukorica behozatalára szorul. A kukorica nemzetközi kereskedelmében az USA, Argentína és Brazília együttes részesedése megközelíti a 90 százalékot. Az EU 1997 óta nem vásárol kukoricát az USA-tól, a kiesést elsősorban Argentínából és Brazíliából pótolta, de az onnan érkező import is egyre nagyobb gondot jelent az EU-ban nem engedélyezett GMO-t tartalmazó összetevők miatt. Szerbia és Ukrajna EU-ba irányuló növekvő exportja (nem GM kukorica) azonban mérsékeli ezt a problémát. A kukorica és származékai többé-kevésbé kiválthatók más takarmány-alapanyagokkal, csakhogy ezek drágábbak, ezért az EU kukoricabehozatalának visszaesése több tagállamban tovább gyengítheti az állattartás egyébként sem erős versenyképességét. A behozatal drasztikus csökkenése vagy leállása néhány tagállamban azonban gondot okozhat a takarmányozásban, ugyanis kukoricaglutén-takarmányt és száraz kukoricatörkölyt elsősorban a tengeri kikötővel rendelkező tagállamok (Spanyolország, Egyesült Királyság, Portugália, Hollandia és Írország) importálják. E termékek helyettesítése más takarmány-alapanyaggal a fuvarköltségek növekedését jelentheti: pl. a kukorica Magyarországról Spanyolországba szállítása tonnánként 60 euróba kerül, ezért gyakorlatilag nem is adunk el oda kukoricát. Nyilvánvaló, hogy az EU képtelen csökkenteni függőségét az importált mezőgazdasági nyersanyagoktól. Ugyanakkor az EU-ban az állattenyésztés évi kibocsátásának értéke 150 milliárd euro körül alakul. A közösség tehát két lehetőséggel áll szemben: vagy elfogadja, hogy élelmiszer-kibocsátása visszaesik és behozatala nő (különösen húsfélékből), vagy a nemzetközi piaci folyamatokhoz igazodva – természetesen szigorú kockázatbecslés érvényesítése mellett – nem késlelteti a GM növények engedélyeztetését. Számos szakmai érdekképviseleti szervezet az engedélyezési eljárások felgyorsítását és egyszerűsítését követelik az EU-ban, egyébként a takarmányellátásban komoly hátrányok érhetik az állattartókat. A jövőben a mezőgazdasági nyersanyagok iránti kereslet további növekedésével számolhatunk az élelmezés, a takarmányozás és a bioenergia-előállítás oldaláról egyaránt. A mezőgazdasági termelés továbbra is a most hasznosított földterületen fog összpontosulni, ezért a legfőbb cél a termelékenység növelése lesz. Ez elkerülhetetlenül még inkább előtérbe helyezi a biotechnológia alkalmazását. A világ mind több országában fognak GM növényeket termelni és forgalmazni, függetlenül attól, hogy az EU milyen gyorsan, illetve egyáltalán engedélyezi azokat vagy sem. Az engedélyezi eljárásnál egyes országok (különösen Argentína és

- 63 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

Brazília, kevésbé az USA) általában figyelembe veszik az exportpiacokra gyakorolt hatást is. Ennek ellenére Argentínában és Brazíliában – a koegzisztencia-szabályozás hiányában – az illegális vagy kísérleti termesztésből származó nemkívánatos GMO keveredhet az EU által engedélyezett GM növénnyel. Az EU-ban nem, de az exportőr országokban engedélyezett GM növények kiterjedt termesztésével a jövőben egyre komolyabb, gyakoribb kereskedelmi akadályokra számíthatunk a nemzetközi kereskedelemben, sőt egyre több növény esetében, ugyanis a becslések szerint a GM növényfajták (vektor konstrukció) száma a 2009. évi 30-ról 120-ra emelkedik 2015-re. A GM növények használatáról szóló állásfoglalás Németországban 2009 Október 13-án a Német Leopoldina Természettudományos Akadémia, az Országos Tudományos Akadémia, az „Acatech” Német Műszaki Tudományok Akadémiája, valamint a Berlin-Brandenburg-i Tudományos Akadémia a Német Tudományos Akadémiák Uniója nevében közös állásfoglalást adtak ki a GM növények használatával kapcsolatosan. Ebben a zöld géntechnológia felelősségteljes alkalmazása és a szabadföldi kísérletekre vonatkozó szabályozás mérséklése mellett szállnak síkra. Állásfoglalásukban új politikát követlenek a zöld géntechnológia területén. Az 1970-es években kibontakozó géntechnológia mára minden bizonnyal az orvos-biológiai kutatás legfontosabb eszközévé vált, a tudományt számottevő új ismeretekkel gazdagította és jelentős hatást gyakorolt úgy a gazdaságra, mint a társadalomra. Miközben a géntechnológia szigorú szabályokkal körülbástyázott alkalmazása az ipari mikrobiológia és az orvostudomány terén („fehér” és „vörös” géntechnológia) Európában is általánosan elfogadottá vált, a genetikailag módosított növények előállítását és felhasználását („zöld” géntechnológia) erősen korlátozzák a bevezetett politikai keretfeltételek. Ebből adódóan lényegében jelentősen gátolják az ezzel kapcsolatos kutatásokat is. A Német Szövetségi Köztársaságban működő tudományos szervezetek 2009-ben ismételten felszólították a Szövetségi Kormányt arra, hogy a németországi zöld géntechnológia területén ne csak a kutatást, hanem annak alkalmazását is támogassa. A tudományos közvélemény álláspontját összegezve a Nobel-díjas Christiane Nüsslein-Volhard megállapította, hogy „Németországban mind ez idáig nem sikerült kellőképpen elfogadtatni azt, hogy a géntechnológia alkalmazása a növénytermesztés területén eddig kiaknázatlan lehetőségeket kínál az ökológiai mezőgazdaság, a fokozottabb környezetvédelem, a biológiai sokféleség és az egészség megőrzése terén. A molylepkékkel, gombafertőzésekkel, vírusokkal és fonálférgekkel szemben rezisztens növények nem szorulnak permetezésre. A kedvezőtlen termesztési feltételekhez, szikes és karsztos talajokhoz, szárazsághoz jobban alkalmazkodó növények termesztésére nyílik így lehetőség, a terméketlen földterület pedig ismét termékeny talajjá változtatható… Kiválóan képzett kutatókat exportálunk korszerű vetőmagvak és agráripari technológiák helyett.” A tudományos közvélemény a zöld géntechnológia megfelelően átgondolt és ésszerű, az egyéb növénytermesztési módszerekkel kombinált és a helyi feltételekhez igazított alkalmazása mellett száll síkra. A zöld géntechnológiával kapcsolatos alkalmazott kutatás támogatására szólítanak fel az elért eredmények gyakorlatba való átültetésének elősegítése érdekében.

- 64 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

Mivel korszerű kutatások sem folytathatók szabadföldi kísérletek nélkül, Németországban a kutatás jelenlegi intenzitása és magas színvonala nem lesz fenntartható, amennyiben az útjában álló eddigi akadályok továbbra is fennmaradnak. Világszerte számos olyan ígéretes géntechnológiai kutatás zajlik, amelyek messze túlmutatnak a növények élelmiszerként és takarmányként való előállításán. Említést érdemelnek a cellulózalapú hatékony(abb) bioüzemanyagok előállításával kapcsolatos kísérletek, mert lehetővé teszi élelmiszernövények melléktermékének ilyen célú hasznosítását. Nem szabad megfeledkezni arról sem, hogy a modern mezőgazdaság a legkorszerűbb növénytermesztési módszerek, így a géntechnológia alkalmazása nélkül képtelen lesz a fenntarthatósági célt elérni. Ez a konkrét politikai-jogalkotói munka szempontjából azt jelenti, hogy a kutatásnak és a gazdaságnak a tudományos intézmények és a középvállalatok számára mind adminisztratív, mind pénzügyi szempontból elfogadható tudományosan megalapozott peremfeltételekre van szüksége a zöld géntechnológiában rejlő lehetőségek kiaknázása céljából. A kutatások további folytatásához és a jövőbeni nyersanyagok biztosításához a gyakorlatban használható küszöbértékekre van szükség. A küszöbérték, vagyis az adott termékben a genetikailag módosított örökítő anyag megengedett százalékos fontos szempont a gazdaság, a tudomány és a kutatás számára. Így például a német és az uniós élelmiszertermelés mezőgazdasági nyersanyagok behozatalát igényli (különösen a takarmány-előállítás). Ezért az EU-ban az élelmiszerekre és a takarmányokra vonatkozó 0,9%-os küszöbérték mellett elengedhetetlen a hagyományos vetőmagoknál a technológiailag elkerülhetetlen GMO szennyeződés kötelező, de gyakorlati szempontokon alapuló feltüntetése. Továbbá szükség van az EU-ban (vagy egyes tagországaiban) nem engedélyezett GMO-k küszöbértékének megállapítására is. A GM növényekkel kapcsolatos engedélyezési eljárás elhúzódásának felelőssége részben a Szövetségi Köztársaságot terheli. A jövőben az EU engedélyezési eljárás felgyorsítására van szükség, egyébként Európa végleg lemarad a világversenyben. A forgalomba hozatal fogalma összefonódik a gazdasági felhasználás fogalmával, ami akadályt gördít a tudományos szabadföldi kísérletek elé. A tudomány és a kutatás szabadságának megőrzése érdekében egyértelművé kell tenni azt, hogy a hagyományos termékekben engedélyezet nyomokban megjelenő GMO-ra nem vonatkoznak a forgalomba hozatalra előírt rendelkezések. Németországban az érvényes felelősségvállalási rendelkezések burkolt, vétség nélküli felelősséget is magukban foglalnak. Ez azt jelenti, hogy például egy felsőoktatási intézmény vagy egy gazdálkodó olyan károk okozásáért is felelősséggel tartozik, amelyeket nem okozhat és annak előidézéséért felelősséget nem vállalhat. Elfogadhatatlan, hogy egy szigorú engedélyeztetési eljárás keretében jóváhagyott GM fajtákat veszélyes anyagnak tekintsenek. A GM növényekre vonatkozó jogi felelősséget nem szabad a többi növényfajtától eltérő módon kezelni. A termőhely-nyilvántartásra vonatkozó hatályos rendelkezések, különös tekintettel a termőterületre vonatkozó nyilvános és személyes adatok rögzítése az alapvető emberi jogok megszegését jelenti. Az adatok felhasználásával kapcsolatban széleskörű visszaélések történtek, aminek következményeként komoly mennyiségű termény megsemmisítésére került sor. A nyilvántartásba vétel három hónapos határideje ésszerűtlen, ezért célszerű egy hónapra korlátozni. A kukoricára megállapított izolációs távolságnak (150 m a hagyományos kukoricától és 300 m az organikus kukoricától) sem tudományosan megalapozott indoka,

- 65 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

sem gyakorlatban igazolt alapja nincs, ezért az izolációs távolságot tudományos bizonyítékok alapján csökkenteni indokolt. A géntechnológia közismerten hasznos szerepet tölt be a gyógyszerek és élelmiszer-adalékok gyártásában, amit a társadalom már elfogadott. A zöld géntechnológia ugyanerről szól. A cél ugyanis, hogy a géntechnológiai kutatással a hagyományos eljárásoknál koncentráltabb és gyorsabb eredményt érjünk el. A GMO-t tartalmazó élelmiszer negatív tartalmú jelölése a címkén félrevezető a fogyasztók számára, mivel a kereskedelemben kapható élelmiszerek több mint 70%-ának előállítása a géntechnológiához kapcsolódik (például állati takarmányok, élelmiszer-adalékok és gyógyszerek alkalmazásával) káros közegészségügyi következmények nélkül. A fogyasztókat arról is tájékoztatni kell, hogy a zöld géntechnológia az élelmiszerelőállítás mellet fontos szerepet játszik például a kultúrnövények ökológiai termeszthetőségi határainak kiterjesztésében és a biológiai sokféleség megőrzésében is. A tudománynak és a politikával karöltve törekednie kell ezen összefüggések megismertetésére és a jövő szempontjából számottevő lehetőségeket kínáló fejlesztési iránynak az elfogadtatására. Ehhez hosszú távú, tudományos eredményeken alapuló törvényi háttér kidolgozására is szükség van. A GM növények és a fenntarthatóság kérdése az USA-ban A Lincoln elnök által 1863-ban létrehozott National Academy of Sciences1 (Nemzeti Tudományos Akadémia, a továbbiakban: NAS) 2010-ben először készített átfogó tanulmányt a GMO növények környezeti, gazdasági és társadalmi hatásairól. Az elemzés szerint a biotechnológia alkalmazása lényeges – ha nem is feltétlenül globális, sőt idővel csökkenő – környezetvédelmi és gazdasági előnyökkel járt az amerikai gazdák számára a konvencionális mezőgazdasági gyakorlatban alkalmazott hagyományos fajtákkal összehasonlítva. A tanulmány megállapítja, hogy a GMO növények általánosságban kevesebb negatív hatást gyakorolnak a környezetre, mint a hagyományosan termesztett, nem GM növények. A HR (herbicide- resistant: gyomirtó rezisztens) GM fajták alkalmazása hozzájárult a kímélő talajművelés (conservation tillage) elterjedéséhez és a talajerózió csökkenéséhez. A Bt (Bacillus thuringiensis) GM fajták elterjedésével visszaesett a rovarirtószer felhasználása, ami kedvező hatást gyakorolt a környezetre és az élővilágra. A Bt fajtákkal szemben kifejlesztett rezisztencia eddig lassú volt, így csekély gazdasági, illetve agronómiai következményekkel járt (2 rovarfaj fejlesztett ki ellenállást a Bt fajtákkal szemben). Ugyanakkor a szigorú toleranciaszintek miatt a GMO-szennyezés komoly probléma a nem GM növények piaci előnyeinek kihasználásában érdekelt gazdák számára, ugyanakkor a nem GM növények termelőinek védelme azonban nem jelent megoldást, hanem sokkal inkább a toleranciaszintek enyhítése. A GM vetőmagot felhasználó gazdák gazdasági előnyei rendszerint meghaladták a technológiai többletköltséget. A költséghatékony és rugalmas gyomirtás, valamint a kártevők által okozott terméskiesés csökkenése miatt a termelési költség relatíve alacsonyabb, míg a fajlagos hozam rendszerint magasabb volt, mint a hagyományos vetőmagból előállított termés esetében. A GM fajták termelői árakra gyakorolt hatása nem teljesen világos. A GM vetőmagot elsőként alkalmazó amerikai gazdák általánosságban gazdasági előnyt könyvelhettek el a technológiát később elfogadó országok termelőivel szemben. A GM növények nem GM növényekre és 1

A National Academy of Sciences-nek 2100 amerikai és 350 külföldi tagja van, akik közül mintegy kétszázan Nobel díjat nyertek.

- 66 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

az állattartásra kifejtett gazdasági hatása a további vizsgálatokat igényel. A keresztbeporzás csökkentheti a nem GM növények piaci értékét, habár ennek pontos gazdasági hatását nem elemezték az utóbbi öt évben. A GM növények elterjedésével kapcsolatos társadalmi hatások vizsgálatára a tudomány mindezidáig nem fordított megfelelő figyelmet. A tanulmány több ajánlást is megfogalmaz: 

A gyomok ellenállóvá válása komoly potenciális kockázat, ami arra késztetheti a termelőket, hogy visszatérjenek a hagyományos talajművelésre és (a glyphosatenál) mérgezőbb növényvédőszerek használatára. Ezért a gazdáknak komplex és diverzifikált gazdálkodási, növényvédelmi gyakorlatot célszerű folytatni, aminek része például a gyomirtó használatának rotációja. A kormányzat, az egyetemek, a termelők és biotechnológiai cégek együttműködésére van szükség költséghatékony rezisztencia-kezelési program létrehozásához, hatékony növényvédelmi gyakorlat elterjedéséhez.



Megfelelő költségvetési forrásokat igényel a GM növények vízminőségre gyakorolt hatásának elemzése.



A GM növényfajták elterjedésének környezeti, társadalmi és gazdasági hatásainak empirikus vizsgálata nem tartott lépést a technológiai fejlődéssel. Ennek felméréséhez és nyomon követéséhez megfelelő kutatási forrásokra van szükség.



A biotechnológia az eddigieknél több növényfaj, illetve tulajdonság tekintetében is alkalmazható hozzájárulva egyéb közjavak előállításához is. A biotechnológiai ipar számára nem jelent ösztönzést, ha a többletkutatás és -fejlesztés költségeit a mezőgazdaságban realizált bevétel nem fedezi. Állami támogatással lehet ösztönözni a kutatóintézeteket arra, hogy olyan GM növényeket fejlesszenek ki, amelyek hozzájárulnak értékes közjavak előállításához, mivel a piac (még) nem fizeti meg a magánszektor ez irányú befektetéseit (például jobb nitrogén- és foszforhasznosítású, a szárazságtűrőbb, a magas tápanyagtartalmú és egészséges, a klímaváltozáshoz alkalmazkodó és a megújuló energia előállítására kiemelten alkalmas növényfajták előállítása).

A biotechnológia vállalatok szakmai érdekképviselete (Biotechnology Industry Organization) természetesen pozitívan fogadta a jelentés elkészítését, mert a nagy tiszteletnek örvendő Akadémia is elismerte a GMO-k pozitív gazdasági és környezeti hatásait. A jelentés viszont azt is megállapítja, hogy számos terület további kutatásokat igényel. Megjegyzendő, hogy az összehasonlító elemzés elsősorban a hagyományos mezőgazdasági gyakorlatra terjedt ki, míg az organikus termelés elkerülte a figyelmet. A tanulmány megerősíti azt a tendenciát, hogy a jövőben a biotechnológia és a közjavak előállításának kérdésköre egyre nagyobb figyelmet fog kapni.

- 67 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

TÖRVÉNYI SZABÁLYOZÁS ÉS KORMÁNYZATI SZEREP Dr. Vértes Csabáné főtanácsos Földművelésügyi és Vidékfejlesztési Minisztérium Mezőgazdasági Főosztály, Budapest

A jogi szabályozás jelentősége A géntechnológia a mai napig heves viták középpontjában áll. Sokak szerint a technológiának kulcsszerepe lehet az emberiség XXI. századi gazdasági fejlődésében és megoldást jelenthet az éhezés elleni küzdelemben. Vívmányai felhasználhatók a növénytermesztésben, az állattenyésztésben, az orvoslásban, a környezetvédelemben. Ellenzői azonban számos veszélyre hívják fel a figyelmet. Többek között arra is, hogy a gyors fejlődés következtében nem volt elegendő idő a potenciális veszélyek és a hosszú távú hatások kimutatására. Kevéssé ismeretek a genetikailag módosított szervezetek környezeti, ökológiai, egészségügyi, társadalmi és egyéb kockázatai. A környezet és az egész élővilág védelme érdekében maximálisan törekedni kell az elővigyázatosság elvének alkalmazására, a folyamatok nyomon követésére és a várható hatások, kockázatok pontos felmérésére, becslésére. Mindezeket felismerve a fejlettebb államokban mindenütt jogilag szabályozott, engedélyhez kötött tevékenység a genetikailag módosított szervezetek tartása/termesztése, felhasználása, a belőlük készült termékek forgalmazása. A jogszabályi struktúra változó lehet, például az USA-ban nem külön jogszabályok, hanem a korábbról meglévő élelmiszerekre, növényvédő szerekre, természetvédelemre vonatkozó jogszabályok hatályosak. A nemzeti jogi szabályozás története A géntechnológiai tevékenység törvényi szintű szabályozásának kezdete 1998-ra nyúlik vissza, amikor is az Országgyűlés a közép-kelet-európai államok közül elsőként elfogadta a géntechnológiai tevékenységről szóló 1998. évi XXVII. törvényt. Az Európai Unió megszigorított normáival összhangban 2002-ben, majd 2006-ban módosult a magyar szabályozás törvényi szinten és a végrehajtási jogszabályok szintjén is. A nemzeti törvény keretjellegű, mivel a géntechnológiában olyan gyors a tudományos-technikai előrehaladás, hogy a különböző műszaki paraméterek, határértékek akár évente is változhatnak, melyek törvényi szinten való folyamatos követése elképzelhetetlen. Ezért ezeket a Kormány, valamint az érintett miniszterek által kiadásra kerülő végrehajtási rendeletekben indokolt és célszerű szabályozni.

A szakterületre vonatkozó nemzeti jogi szabályozás elemei: 1998. évi XXVII. törvény a géntechnológiai tevékenységről 142/2004. (IX. 30.) FVM-GKM együttes rendelet a mezőgazdaság és ipar területén folytatott géntechnológiai tevékenység egyes szabályairól, 138/2004. (IX.23.). FVM rendelet a géntechnológiai tevékenység engedélyezéséért fizetendő igazgatási szolgáltatás díjairól, 82/2003. (VII. 16.) FVM rendelet a géntechnológiai tevékenységre vonatkozó nyilvántartás és adatszolgáltatás rendjéről, valamint a géntechnológiai tevékenységhez szükséges engedély iránti kérelemhez csatolandó dokumentációról, 111/2003. (XI. 5.) FVM- GKM- ESZCSM- KvVM együttes rendelet a géntechnológiai

- 68 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

módosításnak tekintendő, valamint annak nem minősülő eljárásokról és a géntechnológiai tevékenység ellenőrzésére jogosult hatóságokról, 128/2003. (XII. 19) FVM rendelet a Géntechnológiai Eljárásokat Véleményező Bizottság szervezetéről és működéséről, 148/2003.(IX. 22.) Kormányrendelet a géntechnológiai bírság megállapításáról 132/2004. (IV. 29.) Kormányrendelet a géntechnológiai tevékenység engedélyezési eljárási rendjéről, valamint az eljárás során az Európai Bizottsággal való kapcsolattartásról 86/2006. (XII.23.) FVM rendelet a géntechnológiával módosított, a hagyományos, valamint az ökológiai gazdálkodással termesztett növények egymás mellett folytatott termesztéséről Az engedély megadása A Magyarországon érvényben levő jogszabályok a közösségi jogszabályoknak megfelelően nem tiltják a géntechnológiailag módosított szervezetekkel kapcsolatos tevékenységet, de ezeket szigorú engedélyezési eljárásokhoz kötik. A szabályozás lényege, hogy minden géntechnológiai tevékenység – azaz géntechnológiai módosítást végző létesítmény létrehozása; természetes szervezet géntechnológiával való módosítása; géntechnológiával módosított szervezetek és az azokból előállított termékek zárt rendszerben való felhasználása, kibocsátása, forgalomba hozatala, behozatala, kivitele, valamint ártalmatlanítása – megkezdése előtt meg kell kérni a hatáskörrel rendelkező hatóság engedélyét. (A mezőgazdaság és az élelmiszeripar területén az eljáró hatóság a Földművelésügyi és Vidékfejlesztési Minisztérium (FVM) felelős részlege, a humán-egészségügy, humán gyógyszergyártás területén, és az emberi testtel közvetlenül érintkező vegyi anyagok esetében géntechnológiai tevékenység végzését engedélyező géntechnológiai hatóság az Országos Gyógyszerészeti Intézet (OGYI). A géntechnológiai hatóságok munkáját szakhatóságok segítik. Az FVM hatóságának a munkáját a Környezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium, mint környezetvédelmi szakhatóság, illetve az OGYI az FVM hatósági eljárásában szakhatóságként is közreműködik. Az OGYI hatósági munkájában környezeti vonatkozásokat is mérlegelni szükséges, így a Környezetvédelmi Minisztérium ezen eljárásban szakhatóságként jár el. A Géntechnológiai Eljárásokat Véleményező Bizottság (géntechnológiai bizottság), mindkét hatósági engedélyezési eljárásban részt vesz mégpedig úgy, hogy javaslattevő testületként működik. A hatóság a géntechnológiai bizottság véleményétől eltérhet abban az esetben, ha megfelelő szakmai indokok alapján a géntechnológiai tevékenység iránti engedélykérelem elutasítását tartja szükségesnek. A géntechnológiai bizottság szervezetét és működését a 128/2003. (XII. 19) FVM rendelet határozza meg. A rendelet rendelkezik a géntechnológiai bizottság határozatképességéről, és a határozathozatal szabályairól. A rendelet szabályozza a tag kizárásának és az új tag jelölésének szabályait, és részletezi az elnök, a titkár és a tagok feladatait. A géntechnológiai bizottság tagjai az érintett szakminisztériumok, a Magyar Tudományos Akadémia, – mivel a géntechnológiával módosított szervezetek felhasználása során keletkezhető kockázatok felmérése és értékelése alapvetően a tudomány képviselőinek, a kutatóknak a feladata – valamint az érdekelt társadalmi szervezetek, – mivel a társadalmi érdekek képviselete elengedhetetlen az állampolgárok széles körét érintő döntések meghozatalakor – képviselőiből áll. Ezen felül a géntechnológiai bizottság korlátlanul vonhat be külső szakértőket véleményének kialakításához, mely szintén biztosítja, hogy megalapozott szakmai döntés születhessen. Az engedély iránti kérelem vizsgálatakor a géntechnológiai bizottság, illetve az engedélyező hatóságok, szakhatóságok, - a közösség által meghatározott a mezőgazdaság és ipar területén

- 69 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

folytatott géntechnológiai tevékenység egyes szabályairól szóló 142/2004. (IX. 30.) FVMGKM együttes rendelet által átültetett alapelvek mentén- az engedélyezési dokumentum kockázatértékelése alapján mérlegeli, hogy a tevékenység jelent-e veszélyt az emberi, állati egészségben, valamint a környezetben. A 128/2003. (XII. 19) FVM rendelet előírja, hogy a géntechnológiai bizottság üléseinek időpontját úgy kell meghatározni, hogy biztosított legyen az engedélykérelmek folyamatos véleményezése. Azaz az ülések gyakoriságát a géntechnológiai hatóságokhoz beérkező kérelmek száma határozza meg. A géntechnológiai hatóságokhoz benyújtandó kérelmeknek szigorú formai és tartalmi követelményei vannak, melyet a géntechnológiai tevékenységre vonatkozó nyilvántartás és adatszolgáltatás rendjéről, valamint a géntechnológiai tevékenységhez szükséges engedély iránti kérelemhez csatolandó dokumentációról szóló 82/2003. (VII. 16.) FVM rendelet szabályoz. A rendelet előírja, hogy az engedélykérelmet a hasznosítónak (kérelmező) kell benyújtania a géntechnológiai hatósághoz. Előírja azt is, hogy milyen engedélytípusokhoz (pl. géntechnológiai létesítmény létrehozására, géntechnológiával módosított mikroorganizmus zárt rendszerben történő felhasználására irányuló engedélykérelem) milyen további információkat kell a kérelmezőnek a kérelemhez csatolnia. A 82/2003. (VII. 16.) FVM rendelet, valamint a 142/2004. (IX. 30.) FVM-GKM együttes rendelet különböző mellékletei határozzák meg a szükséges adatokat. A benyújtott adatokon kívül az engedélyező hatóság szakmai indokok alapján biológiai hatástanulmány készítését írhatja elő a hulladékkezelésre vonatkozóan, valamint véleményének kialakításához kérheti a benyújtott adatok kiegészítését, vagy azokkal kapcsolatban bővebb információ szolgáltatását. A géntechnológiai bizottság javaslatára az engedélyező hatóság további ellenőrző kísérleteket és vizsgálatokat írhat elő, melyet a kérelmezőnek el kell végeznie. A géntechnológiai hatóság a kérelemhez mellékelt dokumentációban közölt adatok helytállóságát szükség esetén hatósági laboratórium által ellenőrzi. A 82/2003. (VII. 16.) FVM rendelet szabályozza az adatok nyilvántartását is. A növénytermesztésben, a növényvédelemben, az állattenyésztésben, az élelmiszer- és a takarmány-előállításban, az iparban, továbbá az egyéb felhasználásokban alkalmazott géntechnológiai módosításokat és a géntechnológiával módosított szervezetek, valamint az azokból előállított termékek zárt rendszerű felhasználására, kibocsátására és forgalomba hozatalára vonatkozó adatokat, illetve a géntechnológiai módosításokat végző laboratóriumok, és a laboratóriumok felelős vezetőinek jegyzékét a gödöllői Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóközpont (http://www.abc.hu) tartja nyilván. A nyilvántartó szerv a géntechnológiai hatóság által átadott, a 82/2003. (VII. 16.) FVM rendelet által meghatározott adatokat tartja nyilván az engedély érvényességi idejének lejártát követő 10 évig. Szántóföldi kísérletek engedélyezése (kibocsátás) esetén a kibocsátási határozat megszabja a kibocsátás körülményeit (izolációs távolság, pollenkontroll, kibocsátási terület utólagos használatának korlátozása), tartalmazhat egyéb környezeti hatásvizsgálati előírásokat, melyet el kell végezni a kibocsátás során. géntechnológiával módosított szervezet várható hatásait vizsgálja mind az emberi szervezetre, mind pedig annak környezetére. A géntechnológiai beavatkozás végzése különleges tudományos ismereteket és szakmai gyakorlatot, valamint műszaki felszerelést, technológiát, illetve megfelelő közegészségügyi, állat-egészségügyi, növény-egészségügyi és élelmiszerhigiéniai intézkedéseket igényel, ezért

- 70 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

természetes szervezet géntechnológiai módosítására vonatkozó tevékenység esetén az engedély megadásának feltétele továbbá, hogy ilyen típusú tevékenységet csak egyetemi végzettséggel, szakirányú gyakorlattal rendelkező személy végezhet. Az engedélyt a hatóság legfeljebb 10 évre adja ki, azonban a géntechnológiai hatóság a kibocsátást évenként felülvizsgálja a kötelezően benyújtandó kísérleti értékelés alapján amelynek során figyelembe veszi az ellenőrzésre jogosult hatóság által a területi bejárásról évközben megküldött ellenőrzési jegyzőkönyveket is. Ha a felülvizsgálat azzal az eredménnyel zárul, hogy az engedély megadásakor figyelembe vett feltételek, illetve körülmények megváltoztak, a géntechnológiai hatóság az engedélyt módosítja. Ha azonban a megváltozott feltételek, illetve körülmények folytán az engedély megadásának feltételei már nem állnak fenn vagy a kibocsátás nem felel meg a jogszabályi előírásoknak, illetve nem tesz eleget az engedélyben foglaltaknak, a géntechnológiai hatóság a az engedélyt visszavonja. Az engedélyezésre vonatkozó részletes eljárási rend megegyezik a közösség engedélyezésre megállapított eljárásával. Zárt rendszerben (pl. laboratóriumban) történő felhasználás esetén a kérelmezőnek géntechnológiával módosított szervezeteket osztályoznia kell az emberi egészségre és környezetre irányuló kockázatok jellege szerint az általa tervezett felhasználásokat. Az osztályozás célja, hogy ennek megfelelően kell kialakítani az alkalmazandó biztonsági szinteket, illetve a további zárt rendszerű felhasználásokra vonatkozó engedélyezés, illetve az ezekkel kapcsolatos tevékenység megkezdése is az osztályozás függvénye. A zárt rendszerű felhasználásra vonatkozó engedélyezési eljárást a géntechnológiai tevékenység engedélyezési eljárási rendjéről, valamint az eljárás során az Európai Unió Bizottságával való kapcsolattartásról szóló a 132/2004. (IV. 29.) Kormányrendelet szabályozza. E rendelet egyidejűleg azt is meghatározza, hogy mely hatóság vagy minisztérium az Európai Bizottsággal együttműködő, kapcsolattartó szerv a géntechnológiai ügyekben, annak érdekében, hogy ne alakuljanak ki átfedések a hazai hatóságok között. A kérelem benyújtásakor a kérelmezőnek a géntechnológiai tevékenység engedélyezéséért fizetendő igazgatási szolgáltatás díjairól szóló 138/2004. (IX.23.). FVM rendelet alapján díjat kell fizetnie. Fajtaelismerés, köztermesztés A géntechnológiával módosított növényfajták állami elismerésére, illetve a géntechnológiával módosított állatfajok fajtaelismerésére a géntechnológiai tevékenységről szóló 1998. évi XXVII. törvényt által meghatározott kibocsátási engedély birtokában kerülhet sor. A kibocsátási engedélyben az azt kiadó hatóság meghatározza a fajtavizsgálat, illetve fajtakísérlet feltételeit. Ezeket a fajtaelismeréshez szükséges vizsgálatokat elfogadott módszertan alapján a Mezőgazdasági Szakigazgatási Hivatal szervei végzik a kibocsátási engedélyben megadott és más előírásoknak megfelelően. Ellenőrzés Tekintettel a géntechnológiailag módosított szervezetekben rejlő kockázatokra, és így annak fontosságára, hogy engedéllyel, illetve az engedélynek megfelelően történjen ezek alkalmazása, a géntechnológiai tevékenységet az erre jogosult hatóságok ellenőrzik, melyet a 111/2003. (XI. 5.) FVM- GKM- ESZCSM- KvVM együttes rendelet határoz meg. Az ellenőrző hatóságok területenként megoszlanak. Az ellenőrző hatóság szükség esetén a tevékenységet felfüggeszti, illetve bírságfizetési

- 71 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

kötelezettséget ír elő, a géntechnológiai bírság megállapításáról szóló 148/2003. (IX. 22.) Kormányrendelet alapján, valamint az intézkedéséről értesíti az engedélyező hatóságot. A tevékenység felfüggeszthető, amennyiben a tevékenység eltér az engedélyben meghatározott követelményektől; ha a hatóság nem engedélyezett géntechnológiai tevékenységet észlel; az engedélyezett tevékenység kockázatának növekedésére vonatkozóan bármilyen új ismeret jut a tudomására, különösen, ha az emberi egészségre vagy a környezetre jelentett kockázattal függ össze. Az engedélyező hatóság erről az intézkedésről és annak okairól tájékoztatja a géntechnológiai bizottságot, amely az intézkedésről véleményt alkot. A tevékenység folytatásának megtiltása esetén az engedélyező hatóság a géntechnológiai bizottság véleménye alapján a géntechnológiával módosított szervezetek azonnali megsemmisítését rendeli el. A genetikailag módosított szervezetek, illetve az azt tartalmazó termékek nyomonkövetésének biztosítása szintén az engedélyező valamint az ellenőrző hatóság feladata. A koegzisztencia szabályozása (a géntechnológiai tevékenységről szóló 1998. évi XXVII. törvény / 86/2006. (XII.23.) FVM rendelet a géntechnológiával módosított, a hagyományos, valamint az ökológiai gazdálkodással termesztett növények egymás mellett folytatott termesztéséről) Az Európai Bizottság 2003. július 23-án kiadta a 2003/556/EK ajánlást a géntechnológiával módosított növények és a hagyományos módon, valamint az ökológiai gazdálkodással termesztett növények együtt-termesztéséről. Az ajánlás leszögezi, hogy a különféle gazdálkodási módok együttélését (koegzisztenciáját) szabályozó – az adottságok jellegéből kiinduló, speciális intézkedéseket tartalmazó – jogszabályt a tagállamoknak nemzeti szinten kell megalkotniuk, így gondoskodva a véletlenszerű keveredések kizárásáról. Az ajánlás jogilag nem kötelező, azonban a hagyományos módon termelők és az ökológiai gazdálkodók érdekeinek védelmében szakmailag teljes mértékben indokolt az együtttermesztésre vonatkozó nemzeti jogalkotás. Az Európai Bizottság ajánlása a koegzisztencia stratégia kidolgozásának iránymutatását fekteti le, meghatározza azokat a területeket és szabályozandó elemeket, (a termelők által betartandó intézkedések, termelők együttműködési szabályai, az ellenőrzés elvei és gyakorlati megvalósítása, a termelői felelősség érvényre juttatása) amelyeket a nemzeti jogalkotás során figyelembe kell venni. A géntechnológiai tevékenységről szóló 1998. évi XXVII. törvény 2006. évi módosítása során a törvény kiegészült az együtt-termesztés törvényi szabályozási szintet igénylő elemeivel, így a termelői felelősségre vonatkozó szakmai követelményekkel (például a termesztés engedélyhez kötöttsége, adatszolgáltatási kötelezettség), valamint a köztermesztés során esetlegesen bekövetkezett kárigény rendezésének szabályaival. A koegzisztencia részletszabályait a 86/2006. (XII.23.) FVM rendelet fekteti le. A legfontosabb szabályozási elemek: 

A géntechnológiával módosított növények és a hagyományos módon, valamint az ökológiai gazdálkodással termesztett növények keveredésének megelőzése érdekében a géntechnológiával módosított növények termesztésére kizárólag jogerős termesztési engedélyének birtokában kerülhet sor.

- 72 -

„GM


  



 






JÚLIUS

7-8.

Amennyiben a termesztési engedély megadásához környezetvédelmi szempontokat is figyelembe kell venni szakhatósági állásfoglalás szükséges annak megadásához. A géntechnológiával módosított növények és a hagyományos módon, valamint az ökológiai gazdálkodással termesztett növények között szigetelő távolságot kell tartani. Aki géntechnológiával módosított növényfajtát kíván termeszteni ezt csak a szigetelő távolságon belüli földtulajdonosok hozzájárulásával teheti. Amennyiben a szomszédos földterület tulajdonosai a termesztéshez nem járulnak hozzá a termesztés nem kezdhető meg. Aki géntechnológiával módosított növényfajtát kíván termeszteni a hagyományos módon, valamint az ökológiai gazdálkodással termesztett növények együtt-termesztésre vonatkozóan képesítést igazoló bizonyítványt kell megszereznie A termesztési engedélyben és a jogszabályokban foglaltak betartását hatóság ellenőrzi. A termesztésre jogosult köteles együttműködni az ellenőrzést végző hatósággal. Aki Magyarország területén géntechnológiával módosított növény vetőmagját kívánja forgalmazni, az adott tétel forgalmazásának megkezdése előtt köteles írásban bejelenteni a termesztési hatóságnál a tervezett forgalmazás adatait (növényfaj, fajta, szaporítóanyag mennyisége). A bejelentésekről a termesztési hatóság nyilvántartást vezet. Géntechnológiával módosított szaporítóanyagot kizárólag termesztési engedéllyel rendelkező személy vásárolhat, a termesztési engedélyben meghatározott mennyiségben. A forgalmazónak meg kell győződnie arról, hogy a vevő rendelkezik-e végleges termesztési engedéllyel. A forgalmazónak a megvásárolt szaporítóanyag mennyiségét meghatározott formanyomtatványba be kell jegyeznie, alá kell írnia és le kell pecsételnie. Az együtt-termesztés során okozott károkért való felelősség tekintetében a PTKnak a veszélyes üzem működéséből eredő károkra vonatkozó rendelkezéseit szükséges alkalmazni, mivel az bizonyítási könnyebbséget jelent a károsult számára, ami ellensúlyozni hivatott a károsultnak a perrel szükségszerűen együtt járó időbeli hátrányokat.

Összefoglalás Mind az Európai Unióban, mind a közép-kelet európai országokban az Egyesült Államokénál jóval szigorúbban szabályozzák a genetikailag módosított szervezetekkel kapcsolatos tevékenységeket. Az Európai Unió rendkívül nagy hangsúlyt fektet arra, hogy szabályozása megfelelő védelmet nyújtson a genetikailag módosított szervezetek esetleges káros hatásaival szemben, és megfelelő biztonságot garantáljon az európai fogyasztók számára. Az Európai Unió már 1990 óta szabályozza ezt a tevékenységet. Lépést tartva a tudomány fejlődésével az uniós alapjogszabályok jelentősen módosultak és számos új jogszabály született. A közösségi jog a tagállamoknak szűk mozgásteret biztosít, így alapvetően meghatározza a genetikailag módosított szervezetekkel kapcsolatos jogi szabályozás elvi alapjait. Ezért a magyar szabályozás kialakításakor mindenkor a közösség szakterületre vonatkozó szabályozásához kell igazodni.

- 73 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

GM NÖVÉNYEKKEL KAPCSOLATOS BIZTONSÁGI RENDSZEREK Balázs Ervin MTA Mezőgazdasági Kutatóintézet, Martonvásár

A géntechnológiai úton módosított növények termesztésbe kerülésével egyidejűleg számos biológiai biztonsági kérdés merült fel, mind humán egészségügyi mind környezetvédelmi szempontokból. A GM növények köztermesztésbe kerülését a gazdaságilag fejlett országokban megelőzte azok törvényi szabályozása, szabadföldi kibocsátásuk engedélyezésének feltételeinek meghatározása. Ezen engedélyek pontosan meghatározzák az adott GM növénnyel kapcsolatos felhasználási és termesztési feltételeket. Minden egyes növény és adott módosítása egyedi elbírálás alapján kerül engedélyezésre. Erre az egyes módosítások, és a növényfajok egyedi tulajdonságai miatt kell figyelmet fordítani. Az első generációs transzgenikus növények a növényvédelem területén terjedtek el, mivel a társadalmakban egyre fokozottabban jelent meg a növény védőszerek felhasználásának csökkentése iránti igény. Ennek egyik lehetséges alternatíváját kínálják a vírus, baktérium, gombabetegségeknek, a rovaroknak és a gyomirtó szereknek ellenálló transzgenikus növények termesztése. A vírusellenálló transzgenikus növények esetében, amikor a növénykórtanban jól ismert keresztvédettség jelenségét kihasználva egy adott növényt fertőző vírus köpenyfehérje génjét építjük be a gazdanövénybe, - mely által a felülfertőző vírussal szemben ellenálló képesség alakul ki - több biztonsági kérdést kellett figyelembe venni. Ezek közé tartoznak a következő kérdések. í./ kialakulhat-e új vírus a növényben a beépített vírus eredetű transzgén és a felülfertőző vírus között? ii./ megváltozhat-e a vírus vektorokkal való terjedésének lehetősége? iii./ a kialakított rezisztencia keresztbeporzódással átkerülve vad fajokba ad e szelekciós előnyt a természetes ökoszisztémákban lévő növényeknek. Mindezekre a kérdésekre a tudomány részletes válaszokat adva bizonyította, hogy egyik esetben se történik olyan esemény, amely a természetben ne fordulhatna egyébként elő. A kísérletes tapasztalatok és a felhalmozott tudás alapján ma már a transzgenikus vírusellenálló növényeket kivették a szabályozás alól (dereguláció alá estek) és csak bejelentési kötelezettséget írnak elő a hatóságok. A rovarellenálló transzgenikus növények termesztésénél, melyek a Bacillus thuringiensis baktérium endotoxinját termelik sejtjeikben a legfontosabb kérdések egyike, hogy kialakul az adott rovarban néhány generáción belül ellenálló képesség a toxinnal szemben, hasonlóan ahhoz, ami egyes növényvédő szerek több éves használata esetében már megtörtént. Ezt többféle úton előzhetjük meg, így többek között a génpiramidálás jelenségének felhasználáásval, amikor a baktériumból származó gén több variánsát építjük be a növénybe, mely szinte lehetetlenné teszi a rovar ellenálló képességének kialakulását. Alternatív úton pedig azzal is védekezhetünk a toxin-ellenállóság kialakulásában, hogy a rovarellenálló trasnzgenikus növények mellett bizonyos százalékban nem transzgenikus növényeket is termesztünk. (refugium) A transzgenikus növények termesztésénél két általános génáramlási kérdést kell alapvetően figyelembe venni. A beépített gén „megszökése” két úton történhet meg. Egyrészt az árvakeléssel, amikor a transzgenikus növény magja elhullva az aratáskor a következő évben, más kultúrában gyomként jelenik meg, illetve a virágzáskor a pollennel átkerül más rokon fajra azt megtermékenyítve. A pollennel való transzgén terjedése számos úton megakadályozható. Igy például a citoplazmás hímsteriltiás jelenségével, a kleisztogámia jelenségének kihasználásával, vagy a transzgén kloroplasztiszban történő expresszáltatásával, a virágzási időpontok eltolásával. Ismert a genetikai restrikciós technológia is, mely „terminátor” technológiaként híresült el. Ez utóbbi molekuláris technika alkalmazását a fejlődő országok ellenzik, mert a genetikailag steril magok kialakulása miatt a termesztő nem tudja a saját vetőmagját megtermeszteni és így „kiszolgáltatottá” válhat a nagy mezőgazdasági monopóliumoknak.

- 74 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

KÖRNYEZETI KOCKÁZAT-VIZSGÁLATOK GM KUKORICÁKKAL Kiss József1, Szénási Ágnes1, Pálinkás Zoltán1, Dorner Zita1, Zalai Mihály1, Balogh Adalbert2 és Kádár Ferenc3 1 Szent István Egyetem, Növényvédelmi Intézet Gödöllő 2 Sapientia Erdélyi Magyar Tudományegyetem, Kolozsvár 3 MTA Növényvédelmi Kutatóintézet Budapest

A géntechnológiával módosított (GM) növények környezeti kockázatelemzése Gyakran elhangzó vélemény, hogy “még nem ismerjük a GM növények környezeti hatását”, amely nem felel meg a valóságnak. Természetesen, a GM növényekkel és azok kibocsátásának környezeti kockázatával kapcsolatos ismereteink, tudásunk és tapasztalatunk nem „teljes”, hiszen azt lépésről lépésre szerezzük meg, de elegendőek ahhoz, hogy tudományos tények alapján megalapozott Közösségi döntések születhessenek kereskedelmi forgalomba hozatalukról. Az Európai Unióban géntechnológiával módosított (GM) növények kizárólag megfelelő engedélyezés után kerülhetnek kereskedelmi forgalomba. A környezetbe történő, kereskedelmi célú kibocsátást (takarmány, élelmiszer és feldolgozási, valamit a környezeti hatások szempontjából fontosabb termesztési célokra) Közösségi rendelet és irányelv (EC Regulation No. 1829/2003 és Directive 2001/18/EC) szabályozza. A környezetbe történő szándékos (így például termesztési célú) kibocsátás az un. elővigyázatosság elvén alapszik. Ennek lényege, hogy egy GM növény környezetbe történő kibocsátásának engedélyezését alapja, előfeltétele az adott genetikai esemény és növény környezeti és humán egészségügyi kockázatelemzésén alapuló döntés. Az engedélyezési eljárás másik elve, hogy a kibocsátás fokozatosan (lépésről lépésre) történhet meg, azaz annak mértéke akkor növekedhet, ha a korábbi szinten elvégzett kockázatbecslés eredménye ezt lehetővé teszi. A továbbiakban csak a termesztési célú szándékos kibocsátás kockázatelemzésével foglalkozunk. A kibocsátási engedélyt kérőnek kötelezően benyújtandó dokumentáció tartalmát az Európai Élelmiszerbiztonsági Hatóság (EFSA, European Food Safety Authority) által kiadott „Guidence Document” határozza meg (részletesebben lásd ‘Guidance Document for the Risk Assessment of GM Plants and Derived Food and Feed’ of May 2006, EFSA, 2006). A környezeti kockázatelemzés un. lépcsőzetes módon történik a veszély x kitettség = kockázat elvet követve (Wilkinson, Sweet és Poppy, 2003, módosítva): - első lépcső: a veszély meghatározása (GM növény, vagy általa megtermelt toxikus anyagok különböző nem-célszervezet élőlényekre gyakorolt potenciális káros hatásának tesztelése alapján általában laboratóriumi, üvegházi körülmények között), - második lépcső: táplálkozási (trofikus) szinteken keresztül gyakorolt hatás (GM növények direkt és indirekt potenciális kedvezőtlen hatásainak vizsgálata olyan élőlényekre is, amelyek nem állnak trofikus kapcsolatban a növénnyel, de a táplálékláncon keresztül érintettek lehetnek, pl. növényevő rovarokat fogyasztó ragadozó rovarok, általában laboratóriumi, üvegházi körülmények között),

- 75 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

- harmadik lépcső: szabadföldi „kitettség” vizsgálatok, amelyek a GM növény termesztését szimulálva, adott biotikus és abiotikus viszonyok között további információkat adnak a GM növény esetleges nemkívánatos hatásáról, annak „kezelési” lehetőségeiről. A szabadföldi vizsgálatok rendszerint a GM növénynek megfelelő nem-GM növénnyel történő összehasonlításokban folynak. A környezeti kockázatelemzés szerves része a kibocsátás utáni megfigyelés (post-market monitoring), hiszen a kockázatelemzés először a rendelkezésre álló tudományos eredmények alapján történik. Ezen eredmények időben hosszabb és térben nagyobb mértékű (változatos, egymástól eltérő környezeti körülmények közötti) kibocsátással folyamatosan bővülnek és szolgálják bármely nem várt kedvezőtlen hatás észlelését és a folyamatos visszacsatolást a kockázatelemzés módszereinek javítására. A kibocsátási kérelem dokumentációjának tartalmaznia kell a környezeti kockázatelemzéshez szükséges, elvégzett vizsgálatok alapján rendelkezésre álló eredményeket a befogadó szervezetről (pl. növény), a genetikai változásról, az előállított GM növényről, a génbevitellel járó változásokról, tulajdonságok, pl. az inzert genetikai stabilitása, lehetséges toxikus és allergén hatásokról, beltartalmi összetevőkről, stb., amelyekre itt nem térünk ki (részletesen lásd EFSA, 2006). Környezeti kockázatelemzés szempontjából egy GM növény termesztési célú kibocsátásánál a kérelemnek tartalmaznia kell a jellemző európai termesztési viszonyokra vonatkozó hatástani vizsgálatok eredményeit. Azaz, a befogadó környezet szempontjából fontos, az általános kockázatelemzéshez használható eredményeket. A környezeti kockázatelemzés szempontjából, leegyszerűsítve, az alábbi fontosabb hatásokat emeljük ki (Kiss et al. 2007): Térben: GM növény táblája  táblaszegély, mint élőhely környező táblák, más élőhelyek; Időben: GM növény termesztésének éve  következő év(ek), árvakelés, tartamhatás, Funkcionálisan: GM növény

 rokon vad- és kultúrnövény fajok,  célszervezet(ek) (pl. kártevők, gyomnövények)  nem-célszervezetek (herbivorok, predátorok, beporzók, lebontók, stb.)

Hatás tekintetében: GM növény direkt hatás:

célszervezet(ek)re hatékonyság, rezisztencia kockázata? másodlagos kártevők gyérítése? nem célszervezetekre kedvezőtlen hatás? GM növény és toxin lebomlása vagy perzisztenciája a talajban? talajfauna, mikrobiális aktivitás, lebontó szervezetek? vad- és rokon növényfajok: átporzás, hibridképződés?

- 76 -

„GM


indirekt hatás:


JÚLIUS

7-8.

megváltozott anyagcsere összetétel (metabolitok), nem célszervezetek (zsákmány-és gazda révén), megváltozott termesztési gyakorlat.

A „Bt kukoricák” A géntechnológiával módosított rovar-rezisztens növények közül globálisan jelenleg az un. „Bt” kukorica- és „Bt” gyapot hibridek vannak kereskedelmi forgalomban, termesztésben. Miután ezek közül termesztését és felhasználását tekintve Európában és Magyarországon is a kukorica legfontosabb növény, így ennek környezeti kockázatelemzésére, illetve annak egy részterületére (nem-célszervezetek) térünk ki. Az un. Bt kukorica (ami egy összefoglaló név) a talajban élő Bacillus thuringiensis baktérium faj valamely törzsének inszekticid fehérje (Cry fehérje) termelésért felelős génjének kukorica növénybe történő beviteléből kapta nevét. Termesztésbe először (1996) az Egyesült Államokban a kukorica egyik kártevő lepkefaja, a kukoricamoly (Ostrinia nubilalis) ellen hatékony Cry1Ab toxint termelő GM kukorica került. A kártevő lepkefaj hernyója táplálkozik a növény levelén, majd annak szárába hatol be, ott károsít, de megrághatja a szemeket illetve a csutkát is. A növény sejtjeiben termelődő Cry1Ab toxin az elfogyasztott táplálékkal bejutva a hernyó emésztőrendszerébe, a középbélben lévő receptorokhoz kötődik, majd a hámsejtek membránjának károsításával a hernyó pusztulását okozza. A Cry1Ab toxin nagymértékű szelektivitást mutat, eddigi ismereteink szerint kizárólag Lepidoptera lárvák ellen hat. Különböző B. thuringiensis törzsek által termelt fehérjék más-más rovarcsoport ellen hatékonyak. Termesztésben jelenleg egyes Lepidoptera kártevők ellen hatékony Cry9F, Cry1F és Cry1Ac toxint és Coleoptera (Diabrotica) kártevők ellen hatékony Cry3A, Cry3Bb1, Cry34/35Ab1 toxint termelő kukorica hibridek találhatók meg. A Cry1 fehérjékről a közelmúltban jelent meg összefoglalás (Bartsch et al., 2010). A rovar-rezisztens kukorica hibridekkel szemben az egyik fenntartás, hogy a nem célszervezet rovarokra, ízeltlábúakra is lehet nemkívánatos mellékhatásuk, egyes fajok, csoportok egyedeit elpusztíthatják, vagy reprodukcióját csökkenti, veszélyeztetve az ízeltlábú együttes sokszínűségét, fajgazdagságát. Ezért munkacsoportunk a kockázatelemzés széles spektrumán belül a kukorica növényállományának ízeltlábú (elsősorban a talajfelszínen mozgó, vagy a talajfelszín feletti növényevő és ragadozó) együttesére végzett el hatásvizsgálatot. (Az ilyen jellegű elemzések felelnek meg a kockázatbecslés harmadik lépcsőjének). A Bt-kukorica hibridek hatásvizsgálatainak egyik fontos része az adott transzgénikus növény és az általa termelt toxin(ok) hatása nem-célszervezet ízeltlábúakra, ezen belül is az integrált védelemben kiemelt szerepet játszó ragadozó-együttesekre. A kukoricában aktív predátoregyüttesek egyes fajai táplálékspecialisták mint a túlnyomórészt levéltetveket fogyasztó afidofág katicabogarak, zöld- és barnafátyolkák, illetve zengőlegyek, valamint az atkákat fogyasztó atkászböde (Kiss et al., 2007). A levéltetvek a floémból táplálkoznak, így a Cry1Ab fehérjéket (amelyek a sejtben termelődnek és maradnak), nem veszik fel, így mellékhatásuk nem várható az afidofág katicabogarak abundanciájára. Bár ismert, hogy az atkák (pl. közönséges takácsatka) szervezetében nagyobb mennyiségben kimutatható a toxin jelenléte (Yunhe et al., 2009), a bélrendszerükben végbemenő deaktiválási, illetve lebontó folyamatok

- 77 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

befolyásolhatják az atkászbödék abundanciájára gyakorolt esetleges „negatív” hatást (Dutton et al., 2002). Más fajok táplálék-generalistaként nem részesítenek előnyben kizárólagos táplálékforrásként egy-egy ízeltlábú csoportot, hanem válogatás nélkül elfogyasztanak minden kisebb méretű, puhább testű egyedet. Ezek közé tartoznak a futóbogarak, holyvák, tolvajpoloskák, illetve a levéltetvekkel és tripszekkel is táplálkozó virágpoloskák, ragadozó tripszek. A kukorica állományának lombszintjén aktív predátor-együttesek legnagyobb részét a kizárólag levéltetveket fogyasztó afidofág fajok, míg a talajfelszínen a generalista fajok teszik ki. (Kiss et al., 2007). A hatásvizsgálat a herbivor ízeltlábúakra is kiterjed, melyek táplálkozásuk során felvehetik a Bt-toxint. Ezek közül a kukoricamoly és az amerikai kukoricabogár célszervezet, esetükben direkt hatásról beszélhetünk, hasonlóan a kártevő gyapottok-bagolylepkéhez. A citoplazmából táplálkozó fitofág ízeltlábúak (takácsatkák, poloskák, kabócák) közvetlen kapcsolatba kerülnek a Cry fehérjékkel, míg a levéltetvek nem. A kukoricabogár-rezisztens kukorica más bogárfajokra is kifejthet esetleges nemkívánatos hatást. A Szent István Egyetem Növényvédelemi Intézete 2001 óta végez környezeti hatásvizsgálatokat géntechnológiával módosított kukorica hibridekkel szabadföldön. Először kukoricamolyrezisztens kukorica hibrid (EU-5 K+F “Bt-BioNoTa” projekt „Bt transzgének hatása nemcélszervezet rovarok: beporzók, növényevők és ragadozók biodiverzitására”), majd később gyomirtószer-tűréssel rendelkező és/vagy lepke- és bogárkártevőkkel szemben rezisztens kukorica hibridek környezeti hatásvizsgálatát céloztuk meg.

- 78 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

Mintázási módszerek Egyedi növényvizsgálat A növényen előforduló herbivor és ragadozó ízeltlábúak felvételezése történhet egyedi növényvizsgálattal. Ennek során véletlenszerűen választunk ki meghatározott számú növényt, melynek teljes felületét (címer, szár, levél mindkét oldala, bibe, cső, csuhélevelek alatti rész) alulról felfelé haladva átvizsgáljuk. A vizsgálatot célszerű a vegetációs időszak folyamán több alkalommal, a kukorica fenológiájához igazítva elvégezni, pl. első felvételezés a kukorica 8-10 leveles állapotában, második a pollenszórás előtt, harmadik pollenszóráskor, negyedik tejes éréskor, ötödik viaszéréskor. A növényevő rovarok közül az amerikai kukoricabogarat, a gyapottok-bagolylepke lárvákat, levéltetveket, földibolhákat és tripszeket, a ragadozó ízeltlábúak közül a katicabogár lárvákat és imágókat, zengőlégy lárvákat, fátyolka tojásokat, lárvákat és imágókat, ragadozó tripszeket, ragadozó poloskákat és pókokat érdemes felvételezni ezzel a módszerrel. Pherocon AM sárga ragadós lapcsapda A Pherocon AM sárga ragadós lapcsapda a sárga színvonzó hatásának (vizuális inger) köszönhetően a repülő rovarok mintázására alkalmas. A sárga ragadós lapcsapdákat eleinte a legmagasabb kibomló levél magasságában, a csövek megjelenése után pedig a csövek magasságában helyeztük ki. Talajcsapda Talajon mozgó és/vagy talajban élő ízeltlábúak mintázására számos ismert, elfogadott és használt módszer van. A talajcsapdázás, mint hatékony, egyszerű és olcsó, amellett szabványos, mértékadó módszer elterjedt a talajfelszínen mozgó ízeltlábúak (Southwood, 1978) tapasztalatunk alapján elsősorban Chilopoda, Diplopoda, Collembola, Carabidae, Staphylinidae, Araneae) felvételezésére. Litterbag mintázási módszer A talajcsapdás mintázás mint egyedüli módszer nem elegendő a talajban lévő és a talajfelszínen mozgó ízeltlábú csoportok vizsgálatához. A „litter bag” alkalmasabb eszköz pl. a nedves helyeken élő ízeltlábúak (százlábúak, rovarlárvák, stb) mintázására (Prasifka, 2007), ezért a fenti módszereket kiegészítettük „litter-bag” dekompozíciós vizsgálati módszerrel a következő ízeltlábú csoportokra koncentrálva: Chilopoda, Diplopoda, Collembola, Carabidae, Staphylinidae, Araneae, Acarina. A „litter bag” egy kb. 100 g „steril” (élő ízeltlábúaktól mentes) búzaszalmával megtöltött, 1 cm lyukméretű műanyag háló, amelyet adott időszakra (pl. 1 hónapra) a mintázandó talaj felszínére és/vagy a talajba helyezünk, majd ezt a mintázási időszak végén kiemelve Berlesefuttatókban elhelyezve kinyerjük az abban lévő ízeltlábúakat. Eddigi sokéves szabadföldi vizsgálataink alapján a különböző (Cry1Ab, Cry1F, Cry34/35Ab1) toxinokat termelő Bt kukorica hibridek ízeltlábú rovar együttesei összevetve a nem-Bt hibridek állományában mintázott rovar együttesekkel, fajspektrum, abundancia, aktivitás, diverzitás stb. paraméterekkel jellemezve nem okoztak kedvezőtlen változásokat (eltekintve

- 79 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

a célszervezet kártevőkre kívánatos csökkentő hatástól) (Kiss et al, 2003, Tóth et al., 2004, Szekeres et al., 2006, Balogh et al., 2009). Lepidoptera rezisztens Bt kukoricák és nem-célszervezet Lepidoptera fajok Célszervezet számos Bt kukorica esetében a károsító kukoricamoly. Kérdés, hogy a kukorica állományában jelen vannak-e és táplálkoznak-e más Lepidoptera fajok, amelyekre a növény által megtermelt toxin (pl. Cry1Ab, Cry1F) hatása nem kívánatos? Más, nem kukorica növényen táplálkozó Lepidoptera fajok lárváira akkor lehet hatással pl. a Cry1Ab toxin, ha azok szervezetébe, pl. a kukorica gyomnövényeire címerhányás időszakában lehulló pollennel az bejut. Magyarországon ez a kockázat csak a táblaszegélyen előforduló pl. nagy csalán (Urtica dioica) levelét fogyasztó 2 faj (nappali pávaszem, Inachis io, és az atalanta lepke, Vanessa atalanta) esetében jelentkezhet (Darvas et al., 2004). A szerzők eredményei szerint a „Bt táblák címerezett szegélysorai jelentős védelmet jelentenek a pollenszóródással szemben”. Például 3 címerezett szegélysorral, vaqy uralkodó szélirányban 5-10 méteres címerezett sávval a kritikus szint alá csökkenthető a Bt kukorica pollenszórásának mértéke. Perry et al (2010) matematikai modelljében, MON810 (Cry1Ab toxin) eseményre különböző európai régiókban (Németország nyugati része, Olaszország, Po völgye, Magyarország, Tolna megye, Spanyolország Ebro völgye) elvégzett elemzésében a pollenszórás miatti mortalitás I. io és V. atalanta nappali lepkék lárváinál legrosszabb esetben is (worst case scenario) rendkívül alacsony, azaz 1 hernyó 1572 közül. Ez alapján reálisan lehet a kockázatot kezelni (izogénes szegélysor, stb.). Herbicid toleráns kukorica A herbicid tolerancia eléréséhez a növénybe olyan gént építenek be, melynek segítségével különböző mechanizmusokon keresztül a kultúrnövény képes tolerálni egyes herbicid hatóanyagokat. Így például a glifozát a növények EPSP szintáz enziméhez kötődik, amely enzim a növények aromás aminosav szintéziséért felelős, és inaktiválja azt. A genetikai módosítás során egy módosított EPSP szintáz enzim kódját építik be a genomba, melyet nem inaktivál a glifozát hatóanyag. Ezzel az eljárással lehetővé válik a glifozát tartalmú készítmények posztemergens gyomirtószerként való alkalmazása a kukorica növényállományában annak károsodása nélkül. Azaz ebben az esetben GM, de nem Bt kukoricáról beszélhetünk. A glifozát nem egy új hatóanyag, több mint 30 éve került kereskedelmi forgalomba. Azóta több célból is alkalmazzák a termesztésbe vont területeken, főleg évelő gyomfajok ellen a kultúrnövény betakarítása után tarlón és a 3 évesnél idősebb gyümölcs- és szőlő ültetvényekben, de napraforgóban, kukoricában, őszi káposztarepcében állományszárításra is több glifozát hatóanyag tartalmú. herbicidet alkalmaznak. A glifozátot tartalmazó herbicidek levélen keresztül szívódnak fel, hatásspektrumuk széles, mind az évelő mind a magról kelő egy- és kétszikű növényekre hatnak. A gyomnövény által felvett glifozát mozgása lassú (tünetek csak 2-3 hét múlva jelennek meg), de jól transzlokálódik a gyökerekbe, tarackokba és a rizómákba, ezért az évelő gyomfajok irtására is alkalmas. Talajon keresztül azonban nincs hatása, így nem hat a talajban lévő a kezelés időpontjában még ki nem kelt gyomnövényekre.

- 80 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

A herbicid-toleráns növények nagy területen, egymás után folyamatosan történő termesztésének egyik potenciális kockázata a kultúrnövény tábla gyomfaj-spektrumának és gyomborításának olyan mértékű csökkenése, amely (közvetlen hatásként) a ráépülő ízeltlábúak és ezen keresztül az azokkal táplálkozó madarak sokszínűségét csökkentheti (Firbank et al. 2003). Eddigi vizsgálataink alapján a glifozát alkalmazása 3 egymást követő évben nem csökkentette a gyomdiverzitást a felvételezett területen. E mellett előfordulhat, hogy adott esetben a glifozát-toleráns kukoricában alkalmazott totális gyomirtószer hatására növekedhet a gyomdiverzitás, hiszen ha sikerül az általában nagyobb borításban, esetleg foltokban jelen lévő évelő gyomfajokat (pl. mezei aszat - Cirsium arvense) visszaszorítani, tér nyílik egyéb magról kelő gyomfajoknak a fejlődésre, betelepedésre. A talajban lévő gyommagkészlet „seed bank” állandó utánpótlást biztosít. Ma már számos ún. „stacked events” (több eseményt tartalmazó és így több Cry fehérjét is termelő és herbicid-toleranciát biztosító) hibridek vannak termesztésben globálisan. Összegezve, kutatásaink alapján a GM növények egy új növényvédelmi lehetőséget, módszert, egy új termékelőállítási lehetőséget és egyben új kihívást is jelentenek. Fel kell arra készülnünk, hogy ha felhasználásuk gazdaságilag indokolt, környezetileg elfogadható, akkor éljünk azzal. De ehhez tapasztalatokat kell szereznünk, meg kell tanulnunk egy új kihívásra választ találni, amely tanulási folyamat a környezeti kockázatelemzésre, kockázatkezelésre is vonatkozik. Irodalom Balogh, A., J. Kiss, D. Szekeres, A. Szenasi and V. Marko (2009): Rove beetle (Coleoptera: Staphylinidae) communities in transgenic Bt- (MON810) and near isogenic maize. Crop Protection (doi: 10.1016/j.cropro.2009.12.020) Bartsch, D., Y. Devos, R. Hails, J. Kiss, P.H. Krogh, S. Mestdagh, M. Nuti, A. Sessitsch, J. Sweet, A. Gathmann (2010): Environmental impact of genetically modified maize expressing Cry1 proteins. In: F. Kempken and C. Jung (eds.), Genetic Modification of Plants, Biotechnology in Agriculture and Forestry 64, DOI 10.1007/978-3-642-02391-0_27, # Springer-Verlag Berlin Heidelberg Darvas, B. Csóti, A. Adel, G. Peregovits, L. Ronkay, L. Lauber, É. Polgár, L. (2004): Adatok a Bt-kukoricapollen és védett lepkefajok magyarországi rizikóanaliziséhez. Növényvédelem, 40, 9, 441-449. Dutton, A. - Klein, H. - Romeis, J. - Bigler, F. (2002): Uptake of Bt-toxin by herbivores feeding on transgenic corn and consequences for the predator Chrysoperla carnea. Ecological Entomology, 27, 441-447. EFSA (2006): Guidance document of the Scientific Panel on Genetically Modified Organisms for the Risk Assessment of Genetically Modified Plants and Derived Food and Feed The EFSA Journal 99, 1-100.

- 81 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

EFSA (2009): Scientific report of EFSA prepared by the GMO Unit on Public Consultation on the Updated Guidance Document of the Scientific Panel on Genetically Modified Organisms (GMO) for the risk assessment of genetically modified plants and derived food and feed. The EFSA Scientific Report 293, 1-18. J. Kiss, F. Szentkirályi, F. Tóth, Á. Szénási, F. Kádár, K. Árpás, D. Szekeres and C.R. Edwards (2003): Bt Corn: Impact on Non-Targets and Adjusting to Local IPM Systems. In: T. Lelley, E. Balázs, M. Tepfer (Editors): Ecological Impact of GMO Dissemination in Agro-ecosystems. Facultas Verlags-und Buchhandels AG. Wien. 157-172. p. Kiss J. Szekeres D. Tóth F. Szénási Á. és Kádár F. (2007): Genetikailag módosított növények és környezeti kockázatok: A „Bt kukorica” példája. Magyar Tudomány 4. pp. 428-437 J. N. Perry, Y. Devos, S. Arpaia, D. Bartsch, A. Gathmann, R.S. Hails, J. Kiss, K. Lheureux, B. Manachini, S. Mestdagh, G. Neemann, F. Ortego, J. Schiemann and J.B. Sweet (2010): A mathematical model of exposure of non-target Lepidoptera to Bt-maize pollen expressing Cry1Ab within Europe. Proceedings of the Royal Society B (doi: 10.1098/rspb.2009.2091) Prasifka, R. L. Lopez, D. M., Hellmich, L. R., Lewis, C. L. and Dively, P. G. (2007): Comparison of pittfall traps and litter bags for sampling ground-dwelling arthropods, J. Appl. Entomol. 131(2): 115-120. Sanvido, O. Stark, M. Romeis, J. Bigler, F. (2006): Ecological impacts of genetically modified crops: Experiences from ten years of experimental field research and commercial cultivation. Art Schriftenreihe 1. Agroscope Reckenholz-Tanikon Research Station ART, Zurich Southwood TRE (1978): Ecological methods, with particular reference to the study of insect populations. Chapman and Hall, London, 524p Szekeres, D., F. Kádár and J. Kiss (2006): Activity density, diversity and seasonal dynamics of ground beetles (Coleoptera: Carabidae) in Bt- (MON810) and in isogenic maize stands. Entomologica Fennica Vol. 17. pp. 269-275 Tóth F. K. Árpás, D. Szekeres, F. Kádár, F. Szentkirályi, Á. Szénási and J. Kiss (2004): Spider Web Survey or Whole Plant Visual Sampling? Impact Assessment of Bt Corn on Non-Target Predatory Insects with Two Concurrent Methods. Environmental Biosafety Research 3, 4. 225231 Wilkinson, M.J. Sweet, J.B. Poppy, G. (2003): Preventing the regulatory log jam; the tiered approach to risk assessments. Trends in Plant Science, 8, 208-212.

- 82 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

GM NÖVÉNYEK TERMESZTÉSÉRŐL ÉS FELHASZNÁLÁSÁRÓL Tóth István MOSZ titkár, Budapest

Éveken át jórészt a környezetvédők egyoldalú szempontjai alapján történt a hazai szakmai és a szélesebb közvélemény tájékoztatása az új technológiával előállított növények termelésének, felhasználásának kockázatos és károsnak vélt vagy valós voltáról. Ennek alapján jogosan tehető fel a kérdés, vajon akkor miért terjed a világon a GM növények termesztése és miért nem akadályozzák meg azoknak a fejlett országoknak a törvényhozói és hatóságai a terjedést, amelyekben az ilyen irányú kutatásokat, a szaporítást, termelést végzik, és az új termékek fogyasztásáról már évtizedes tapasztalatok állnak rendelkezésre – törvényhozói és hatóságai a terjedését? Ésszerűen nehezen feltételezhető, hogy ezek az országok – Egyesült Államok, Ausztrália, Kanada, az Európai Unió több tagországa – felelőtlenül döntenének az új nemesítési technológiával előállított szervezetek termelési, felhasználási és fogyasztási szabályozásában. Az EU-ban az elmúlt években - jelentős késéssel ugyan – elkezdték kipróbálni a GM növények termesztését GM növények termesztését. Spanyolország, Németország, Lengyelország, Csehország, Szlovákia elindult ezen az úton. Magyarország, amely különösen a kukoricatermesztésben volt élenjáró és ahol ez az állattenyésztésen keresztül jelentősen hozzájárult a vidéki lakosság megélhetéséhez, nem tett ilyen lépéseket. A jelenlegi hazai szabályok szerint kizárt az új technológia gyakorlati átvétele. Az együtt-termesztés – mint ahogy azt az Európai Bizottság közleménye is meghatározza – a gazdálkodók azon lehetőségére utal, hogy a gyakorlatban választhatnak a hagyományos, az ökológiai és a genetikailag módosított növénytermesztés között. Mind a fogyasztóknak, mind a termelőknek valódi választási lehetőséget kell adni arra nézve, hogy milyen élelmiszert választanak vagy milyen mezőgazdasági terméket állítanak elő. Érvényes jogi szabályozás van arra, hogy milyen feltételekkel lehet forgalomba hozni a genetikailag módosított növényeket is tartalmazó élelmiszert. Az együtt-termesztésre vonatkozó nemzeti intézkedések nem vezethetnek be olyan követelményeket, amelyek meghaladják a közösségi jogszabályokban meghatározottakat. Véleményünk szerint a jelenlegi jogi szabályozás a gazdálkodók jelentős körét egyoldalúan hátrányos helyzetbe hozza, a termesztés engedélyeztetésének tervezett feltételei gyakorlatilag nem az együtt-termesztés feltételeit határozzák meg, hanem ellehetetlenítik a szabad választáshoz való jogot. A követelmények közül – a nem differenciált, (termesztési céltól független), igen magas, 400 méteres puffer zónán, a genetikailag módosított növények termesztésének tábla szintű engedélyeztetésén túl – a leginkább kifogásolható feltétel az, hogy a GMO növények termesztésének engedélyeztetéséhez be kell szerezni a puffer zónán belüli földtulajdonosok hozzájárulását is, nem elegendő a ténylegesen gazdálkodó és fölhasználó értesítése. A nemzetközi gyakorlatban erre sehol nincs példa, és aki csak kicsit is ismeri a hazai földtulajdoni és földhasználati viszonyokat, az pontosan tudja, hogy ez az előírás „de facto” lehetetlenné teszi a genetikailag módosított növények termesztését Magyarországon. (Ez lenne az együtt-termesztés?)

- 83 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

Éppen ezért megítélésünk szerint hazai jogszabályozás ellentétes az EU együtt – hangsúlyozom, együtt-termesztésre – vonatkozó ajánlásában megfogalmazott célokkal, mely szerint nem szabad elzárni a termelők egyik csoportját sem, az általa alkalmazni kívánt termelési technológiától. A GM növények termesztése és fogyasztása kapcsán nem csak kockázatokkal kell számolni, hanem előnyöket is nyújthat, hiszen a termesztés során csökkenhet a műtrágya- és növényvédőszer felhasználás, nőhet a termelés biztonsága, javulhat a beltartalom és a minőség, s a kedvezőtlen adottságú területeken a speciális fajták sikeresen termeszthetők. A kórokozókkal és kártevőkkel szembeni rezisztencia, a szárazságtűrés, a talajművelés egyszerűsítése irányába kifejlesztett új növények termesztése jelentős költségmegtakarítással jár, ugyanakkor csökkentheti a növényvédőszer, műtrágya és vízfelhasználást. A bioetanol előállítás céljára nemesített, magasabb keményítőtartalmú kukoricák elterjesztése segítheti a környezetkímélőbb, folyékony üzemanyagok elterjedését. Az élelmiszerként fogyasztott speciális összetételű növényi termékek bővíthetik a kínálatot, mintegy újabb piacot teremtenek a mezőgazdasági termékek számára. Egyre inkább köztudott, hogy az EU állattenyésztése kritikus helyzetben van, aminek kialakulásában szerepet játszik a GM növények takarmányozási célú felhasználásának uniós korlátozása. A szabályozás megengedi ugyan a GM növények kereskedelmét, felhasználását, de gátolja, késlelteti termelésüket. A szója- és kukoricakereskedelem döntő részét olyan országok irányítják, amelyek az új technológiával előállított növényeket termelik, élve az alacsonyabb költségek, ráfordítások nyújtotta lehetőségékkel, fejlesztik állattenyésztésüket és állati termék kínálatukat. Miután a hagyományos növények termesztése magasabb költséggel jár, ezért a takarmányok beszerzése magasabb áron oldható meg. Ennek következtében a kétféle eredetű takarmányok közötti árkülönbség megjelenik az állati-termékek árában is, s emiatt ezek nem csak a harmadik piacon veszítik el a versenyt, hanem a belső piacon is, mivel az említett országokból nyugodtan jöhet az állati-termék import. Erre a súlyos jelenségre a COPA-COGECA (az Európai Mezőgazdasági Termelők és Szövetkezetek Szövetsége) is felhívta már a figyelmet, mivel úgy gondolják, hogy egy-két éven belül – ha nem tesznek ellene valamit – az állattenyésztés áthelyeződik az Európai Unióból a harmadik országokba. A gazdasági előnyöket figyelembe véve, a mezőgazdasági termelők egy jelentős része szeretne megbizonyosodni arról, hogy termelése során mit jelenthet számára gazdaságilag, a genetikailag módosított növények termesztése és felhasználása. Ennek a lehetőségétől nem lenne szabad elzárni a vállalkozókat. A szabályozott körülmények között folyó termesztés ellenőrizhető. Veszélyesebb helyzet alakulhat ki a lemerevedett tiltás esetén, mert bárki – mivel gazdasági hasznot lát benne – önkényesen, ellenőrizetlenül, illegálisan behozhatja a vetőmagot a környező országokból. Törekedni kell tehát az ésszerűen szabályozott körülmények megteremtésére, mert ez ad biztonságot az együtt-termelés (koegzisztencia) lehetőségére, amely szerint biztosítható

- 84 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

a biotermelés, a hagyományos és új nemesítési módszerrel előállított növények termelése anélkül, hogy az eltérő termesztési módot folytató gazdák egymásnak kárt okoznának. Az nehezen képzelhető el, hogy Magyarország önálló sziget marad, ezért is szükséges az ésszerű korlátokat és kellő garanciát felállító szabályozás, más országok gyakorlatával összhangban. A MOSZ termelői szerint elvárható az EU-tól, hogy a szabályokat, feltételeket harmonizálják, egységessé, átláthatóvá tegyék. Fontosnak tartják az érdemi vitákat, amelyek tudományos ismereteken, elemzéseken és gyakorlati tapasztalatokon alapulnak és egyes kérdésekben a szakmai ismeretekkel rendelkezők fejtik ki véleményüket. Szeretnénk, ha a világ tudományos, és kutatási élvonalába tartozó, a gazdasági szereplőket szigorú, jogi felelősségvállalásra kényszerítő országok e kérdéskörben nyert tapasztalatait megismerhetnék, hiszen a világon 100 millió hektáron folyik GM növények termesztése, és több mint egy milliárd fogyasztó rendelkezik tapasztalattal a GM növények, vagy a felhasználásukkal előállított állati-termékek fogyasztását illetően. Elengedhetetlen, hogy ebben a fontos kérdésben megalapozott gazdasági hatásvizsgálatok is készüljenek az előttünk és az unió előtt álló döntési lehetőségekről. Ennek keretében azt is vizsgálni kell, hogy milyen további következményei lehetnek az uniós szabályozás bizonytalanságának és a hazai bezárkózásnak.

- 85 -

„GM



JÚLIUS

7-8.

A GÉNTECHNOLÓGIA ETIKAI VONATKOZÁSAI Venetianer Pál MTA Szegedi Biológiai Központ, Szeged

A géntechnológiát születése (1972) óta kísérik etikai aggályok, viták. Az akkoriban felvetett problémák közül egyesekre máig nem született konszenzusos válasz. A jelenlegi előadássorozat tematikája (a géntechnológia mezőgazdasági alkalmazásai) körüli viták azonban véleményem szerint nem etikai természetűek (legfeljebb annyiban, hogy a vitatkozó felek harcmodora, érvelése olykor a legelemibb etikai normáknak sem felel meg). Mivel azonban sokan mégis etikai kérdésnek tartják, ezért e címszó ürügyén megkísérlem a leggyakoribb ellenérvek ismertetését és kritikáját. Az ellenérvek csoportosítása: 1. Ideológiai (vallási) érvek 2. Politikai, gazdasági érvek 3. Általános biológiai érvek 4. Környezetvédelmi, ökológiai érvek 5. Élelmiszerbiztonsági érvek. A fenti érvek elvileg más csoportosításban is vizsgálhatók, így például célpontjuk szerint, irányulhatnak: 1. A technológia egészére 2. A technológia által bevitt egyes konkrét tulajdonságokra 3. A technológia alkalmazásával együttjáró gazdasági, szociológiai, stb. kérdésekre Végül az érvek jellege szerint lehetnek 1. Bevallottan irracionális, előnyökkel vagy hátrányokkal nem törődő érvek 2. Racionális, de nem biológiai (gazdasági, politikai, stb) érvek 3. Racionális, biológiai, de nem a GM-technológiára specifikus érvek 4. Racionális, biológiai érvek, amelyek kísérletekkel megerősíthetők vagy cáfolhatók. Az érvek (és az azokat alátámasztani hivatott kísérleti eredmények) ismertetése és kritikája mellett az előadás kitér még annak tárgyalására is, hogy mennyiben és miért hamis az egész kérdéskör visszatükröződése a populáris tömegkommunikációs médiumokban.

- 86 -

„GM


- 87 -


JÚLIUS

7-8.

„GM


- 88 -


JÚLIUS

7-8.

GM növények szerepe a tudományban és az agráriumban. Konferencia

Recommend Documents