Denne artikkelen er produsert og finansiert av NMBU - Norges miljø- og biovitenskapelige universitet - les mer.

Mais og hvete har endret rotsystem for å øke toleransen for tørke.
Mais og hvete har endret rotsystem for å øke toleransen for tørke.

Forskere vil utvikle planter som tåler raske klimaendringer

Klimaendringer kan skje så raskt at tradisjonell planteforedling får problemer med å henge med. Genredigering kan være en del av løsningen.

Vanligvis tar det mellom 10 og 20 år å få frem en ny plantesort. Med fremtidens raske klimaendringer vil ikke det være fort nok.

Vi bli flere mennesker på planeten, og det er behov for å dyrke mer mat på det samme arealet vi har i dag.

Men skal vi få økte og gode avlinger, bør plantene få optimale og stabile vekstmiljø. Altså det motsatte av hva klimaendringene ser ut til å føre til.

Tøffe vilkår for plantene

I tillegg til å produsere mer mat må fremtidens planter også bli mer robuste, slik at de tåler svingninger i klimaet.

Til tross for endringer i temperatur, fuktighet og tilførsel av gjødsel, må plantene kunne produsere optimalt. Dessuten må de hanskes med nye utfordringer fra skadegjørere og plantesykdommer som vil komme med et endret klima.

Professor i plantevitenskap ved Norges miljø- og biovitenskaplige universitet (NMBU) Trine Hvoslef-Eide forteller at ved foredling av planter er det alltid en avveining mellom høye avlinger og robusthet.

– Større robusthet kan være at planten kanskje må ha større rotmengde for å klare seg bedre i tørkeperioder, og bedre klare å utnytte plantenæringen den får tak i, sier Hvoslef-Eide.

Utfordringene kommer til å stå i kø. Det er spådd at klimaet på våre breddegrader kommer til å bli varmere og våtere om høsten, noe som gjør at det kan dukke opp andre typer insekter, bakterier, sopp og virus.

Vintrene kan bli litt av og på, med perioder uten snø og så ny frost. Også dette påvirker plantenes evne til å overleve.

Poteter angripes ofte av tørråte, og nå tester forskerne CRISPR-metoden for å gjøre dem mer motstandsdyktige.
Poteter angripes ofte av tørråte, og nå tester forskerne CRISPR-metoden for å gjøre dem mer motstandsdyktige.

Økt produksjon av mat

To ting kan bidra til økt matproduksjon: Den ene er å forbedre agronomien, altså kunnskap om jordbruk og jordkultur, gjennom presisjonslandbruk. Bøndene kan utnytte innsatsfaktorene bedre, som gjødsel, kalk og maskiner.

Det andre er å forbedre sorter med planteforedling og presisjonsgenetikk.

I forrige århundre stod forbedret agronomi og planteforedling hver for seg for halvparten av avlingsøkningene.

Hvoslef-Eide er opptatt av at det er like viktig å forbedre agronomien som å forbedre sortsmaterialet. Men klimatilpasningen av plantematerialet må skje raskere enn før, og bioteknologiske metoder bør kunne tas i bruk.

– For å nå målene med økt matproduksjon kan vi ta i bruk bioteknologiske metoder som helgenomsekvensering, markørassistert seleksjon og genredigering ved bruk av CRISPR, sier Hvoslef-Eide.

Et genom er alt arvestoffet til en organisme. Helgenomsekvensering er å analysere alt arvestoff til en organisme, for å se hvilke gener som finnes.

Genredigering med CRISPR-teknologi er en presis og målrettet redigering og endringer i DNAet der man leter seg fram til riktig sted ved hjelp av en guide-RNA som gjenkjenner rekkefølgen av arvestoffet.

Genredigering kan tilpasse plantene raskt nok

I over 100 år er det brukt mutasjonsforedling ved tradisjonell foredling. Det vil si at plantene har enten fått kjemiske stimuli eller bestråling for å fremprovosere flere mutasjoner enn normalt.

Dette skaper mer genetisk variasjon i plantene, slik at plantene blir genetisk forskjellige. Så velges de plantene som passer best til foredlingsmålet.

Med tiden kan dette bli en ny plantesort.

– Ved tradisjonell foredling med kryssinger og mutasjonsforedling, blir det også med mange egenskaper som vi ikke er interessert i. Det vi da gjør, for eksempel i hveteforedling, er å tilbakekrysse ved selvpollinering slik at vi til slutt har den optimale sorten vi er ute etter, også med de nye egenskapene vi ønsker, sier Hvoslef-Eide.

Hun forteller videre at dette tar mange år å få til. Det er også et problem at krysspollinerende arter, slik som gras, ikke tåler mye selvpollinering før de bryter sammen på grunn av innavl. Vi blir derfor ofte ikke kvitt alle uønskede egenskaper.

– CRISPR gir muligheten til å lage mutasjoner ved å gå presist inn og gjøre akkurat de endringene som vi tror vil være riktige, for så å teste dem ut. Da vil vi ikke få endringer i andre egenskaper som plantene må kvitte seg med senere eller forbedre for å få den optimale planten. Det vil være en veldig presis og kontrollert måte å lage mutasjoner på, og dessuten veldig tidsbesparende, sier Hvoslef-Eide.

Mutasjoner er naturlig

Mutasjoner er naturens måte å tilpasse seg endringer i omgivelsene, og de oppstår naturlig. I naturen vil det skje endringer i arvestoffet.

– CRISPR-teknologien gir oss blant annet mulighet til å lage endringer i arvestoffet som kan være de samme som kan oppstå naturlig i plantens forsøk på å tilpasse seg, sier Hvoslef-Eide.

Hun eksemplifiserer med et aktuelt tema, covid-19.

– Som vi vet fra koronapandemien så muterer viruset. Det gjør også plantesykdommer, og det er en evig kamp mellom foredlere og plantesykdommene. Og hvem som er i ledelsen veksler over tid.

Når det kommer en ny sort på markedet er planteforedlerne allerede i gang med neste generasjon sorter, som skal ta over når plantesykdommene har brutt ned de tidligere sortenes resistens.

Ved bruk av CRISPR er det mulig å beholde en plante med mange gode egenskaper og heller redigere uønskede egenskaper ved å endre genene, ved å fjerne, bytte ut eller legge til DNA.

Hvordan lage robuste planter

Hvordan planterøttene utvikles har betydning for hvordan de tar opp vann og næring og hvor robuste de er mot tørke.

– Vinkelen på røttene bestemmes av ett gen og det kan endres på. Det er en av de tingene vi kan se på når vi foredler mer robuste planter, sier Hvoslef-Eide.

Også andre egenskaper står høyt på ønskelisten, som evnen til å konkurrere mot ugras, sykdommer, sopp, bakterier, virus og skadedyr.

Eksempler på klimasmarte planter endret med CRISPR:

Endringer med agronomisk verdi:

  • Hvete som har fått større kornvekst. Mer korn på samme areal.
  • Oljeraps som ikke drysser så lett. Kan høstes på riktig tidspunkt og gi større høstbar avling.
  • Agurker uten frø som forbrukere vil ha.

Endringer for mat- og fôrkvalitet:

  • Soyabønner med forbedret oljekvalitet og sunnere olje
  • Redusert gluteninnhold i hvete
  • Redusert arsenikkinnhold i ris. Arsenikk finnes naturlig i berggrunnen og tas opp i planten.

Endringer som bedrer motstandsdyktighet og stresstoleranse hos planter:

  • Resistens mot virussykdom på grapefrukt og appelsiner.
  • Økt tørketoleranse og endret rotsystem hos mais og hvete.
  • Økt tørke og salttoleranse hos soyabønner.
  • Økt salttoleranse hos ris, som tåler å bli dyrket i saltholdig jord.
  • Resistens mot meldugg i ris, hvete og tomater.
  • Resistens mot gråskimmel i druer.

Kan hente ut arvemateriale fra gamle kulturplanter

Selv om klimaet blir varmere, som det jo er i sydligere strøk, så er det ikke en løsning å hente sorter fra sydligere breddegrader. De er ikke tilpasset vår klimasone og daglengde. Vi må foredle våre egne sorter.

– De nye klimautfordringene krever at vi har ny og variert genetisk variasjon tilgjengelig. Heldigvis finnes det mange genbanker som har tatt vare på mange gamle kulturplanter. De kan hentes frem igjen og krysses inn ved tradisjonell foredling eller ved å hente ut enkeltgener og bruke til genredigering, sier Hvoslef-Eide.

CRISPR er mulig i alle celler og organismer

Metoden gir uante muligheter innen mange områder og kan få stor betydning for vår og dyrenes helse, landbruk, havbruk, industri og miljøvern.

Både dyr og planter kan gis egenskaper som bidrar til en mer robust og effektiv matproduksjon. Dyrevelferden og lønnsomheten i husdyrholdet kan for eksempel økes hvis genredigering kan redusere forekomsten av sykdommer.

Innen matproduksjon kan metoden i tillegg til å øke produktiviteten i planter, også brukes til slikt som å fremstille nye plantevarianter til mat og fôr, øke holdbarheten i matprodukter og fjerne allergener i matvarer.

Utprøving av CRISPR i forskning på norske potetsorter

Potet er en viktig matplante hos oss. Den angripes ofte av tørråte. Til nå er elleve gener identifisert som svekker potetens evne til å motstå denne sykdommen.

Disse genene som fører til økt mottakelighet for sykdommen, kan skrus av ved hjelp av genredigering.

Dette er oppnådd ved hjelp av konvensjonell genmodifisering. Nå prøver forskerne ved NMBU å gjøre dette med norske potetsorter som en del av forskningsprosjektet GENEInnovate.

Genredigering er en del av løsningen

Trine Hvoslef-Eide mener ikke at genredigering alene er svaret på fremtidens klimautfordringer i planteproduksjonen. Men, sammen med god agronomi og god planteforedling kan den bidra sterkt til å produsere mer mat med de ressursene vi har.

– Da blir det mindre behov for å øke dyrkingsarealet, og det blir mer areal igjen til å bevare biologisk mangfold, som vi jo er helt avhengig av for å fortsette vår eksistens på kloden, sier forskeren.

Forskjellen på CRISPR og GMO

Konvensjonell genmodifisering (GMO) er en metode hvor det legges til arvemateriale ved å sette inn nye gener eller deler av en DNA-streng og dette blir tatt opp i organismens DNA på et helt tilfeldig sted i genomet.


CRISPR er en mer presis metode som gjør det mulig å endre gener på et helt bestemt sted i genomet og dermed ikke forstyrre allerede eksisterende egenskaper. Dette kan gjøres uten å legge til noe nytt DNA ved bare å gjøre målrettede endringer i gener som allerede finnes i organismen. Det er også mulig å endre genene ved å fjerne, bytte ut eller legge til DNA. CRISPR kan også brukes til å slå av og på gener uten å kutte i arvestoffet.


Lovverket og genredigering
Det er genteknologiloven av 1993 som regulerer mulighetene for å bruke genredigeringsverktøy i Norge, og denne er i tråd med direktiver i EU. Siden CRISPR-metoden ikke nødvendigvis legger til DNA, pågår det en diskusjon om dagens lovregulering er for streng i forhold til bruk av CRISPR.

Powered by Labrador CMS