Naturlig variation og risikovurdering af planter - LandbrugsInfo

K3
Nye metoder til at forstå planternes vækst
Naturlig variation og risikovurdering
af planter
Kan vi bruge viden om naturlig resistens mod insekter og viden om genteknologi til
at fremstille planter der er mere resistente overfor insektangreb, og hvordan vil det
påvirke planterne?
■ Planter er naturens bedste syntesekemikere.
De producerer en mængde nyttige kemiske stoffer
også kaldet naturstoffer. Naturstoffer har en helt
central rolle i den enkelte arts tilpasning til udefra
kommende påvirkninger som insektangreb, klimatiske
forhold og evnen til at tiltrække bestøvere
og frøspredere. De er resultatet af millioner af års
tilpasning af planter til det miljø de lever i og er
derfor under konstant udvikling. Menneskeheden
har gennem tusinder af år benyttet sig af denne
mangfoldighed af naturstoffer som pro-vitaminer,
aromastoffer, duftstoffer, forsvarsstoffer, gifte og
medicin. Naturstoffer er kendetegnet ved kun at
være til stede i nogle arter og i visse tilfælde kun i
nogle individer i en plantepopulation. Ved hjælp af
genteknologi har man i dag mulighed for at fremstille
planter, der kan producere større mængder
af såvel nye og nyttige naturstoffer som planter,
der ikke producerer uønskede naturstoffer. Men
hvad er den naturligt forekommende variation?
Hvordan påvirker sammensætningen af naturstoffer
i en plantepopulation samspillet med insekter?
Hvilken indvirkning har faktorer i miljøet på sammensætningen
af de øvrige indholdsstoffer og på
hvilke gener, der tændes og slukkes i planten? Det
er nogle af de spørgsmål vi prøver at afdække på
Plantebiokemisk Laboratorium. I dette indlæg vil
to systemer blive belyst. Det første om samspillet
mellem indholdet af naturstoffer i almindelig vinterkarse
og jordlopper, det andet karakteriseringen
af gåsemad, der er genetisk modificeret til at producere
naturstoffet dhurrin.
290
Professor Søren Bak, Sven Bode Andersen,
Jens Kvist Nielsen & Claus Ekstrøm
Københavns Universitet
Institut for Plantebiologi
Faculty of Life Science
bak@kvl.dk
Samspillet mellem almindelig vinterkarse
og jordlopper
Det danske landbrug er i dag kendetegnet ved
store monokulturer og et behov for sprøjtning for
at sikre større udbytter. Mange af de naturstoffer,
der tidligere gjorde vores afgrøder i stand til selv
at modstå f.eks. insektangreb, er gået tabt i forædlingen.
Ved at studere nære slægtninge til vores
kulturplanter kan vi tilegne os viden om det potentiale,
der er af naturstoffer. Brug af resistente
sorter i plantebeskyttelse er et miljøvenligt og bæredygtigt
alternativ til syntetiske insekticider, som
i mange tilfælde bliver virkningsløse i trit med,
at insekter udvikler resistens over for dem. Samspillet
mellem en vildtvoksende plante, almindelig
vinterkarse, der er en nær slægtning til raps,
og jordlopper i Danmark er meget velegnet til at
belyse sammenhæng mellem resistensudvikling i
planter og udvikling af modforanstaltninger hos
insekter. Det skyldes, at der inden for plantearten
findes både modtagelige og resistente typer. Mens
insekters evne til at leve på almindelig vinterkarse
styres af nogle få gener, er nedarving af resistens
hos almindelig vinterkarse betydelig vanskeligere
på grund af den lange generationstid, samt at resistensen
er knyttet til flere områder på et eller flere
kromosomer. Ved at krydse en naturligt forekommende
resistent almindelig vinterkarse med en,
der er modtagelig, er der fremkommet en udspaltende
F2 generation, der afspejler hele spektret
fra resistent til modtagelig. Denne F2 population
er undersøgt for graden af resistens mod jordlopper
samt for dens indhold af forskellige indholds-
Se PowerPoint-show med indlægget på www.plantekongres.dk

stoffer, herunder naturstoffer. Efterfølgende er de
indholdsstoffer, der giver anledning til resistens,
blevet identificeret. Sideløbende bliver DNA markører
udviklet, hvilket gør det muligt at kortlægge,
hvor på kromosomerne resistensgenerne mod
jordlopper ligger. Det giver mulighed for at identificere
de aktive indholdsstoffer, der er ansvarlige
for resistens mod jordlopper samt de gener, der
styrer dannelsen af disse indholdsstoffer.
Gåsemad, der er genetisk modificeret
til at producere naturstoffet
dhurrin, er resistente mod jordlopper
Durraplanten, Sorghum bicolor, indeholder naturstoffet
dhurrin. Dhurrin er i sig selv ikke giftigt
men frigiver gift HCN/hydrogen cyanid/blåsyre,
når det plantevæv, det findes i, bliver nedbrudt
af f.eks. gnavende insekter. Genteknologien gør
det muligt at overføre gener imellem forskellige
arter, så man f.eks. kan fremstille planter med et
ændret indhold af naturstoffer. Derved kan man
forbigå millioner af gensidige tilpasninger mellem
planterne og deres skadedyr, og ny resistens mod
insekter kan introduceres. På Plantebiokemisk Laboratorium
har vi ved hjælp af genteknologi sat de
Se PowerPoint-show med indlægget på www.plantekongres.dk
Nye metoder til at forstå planternes vækst K3
tre gener fra Durraplanten, CYP79A1, CYP71E1,
UGT85B1, der koder for dannelsen af naturstoffet
dhurrin ind i gåsemadsplanten, Arabidopsis thaliana,
således at den nu kan producere dhurrin. Op
til 5% tørstof fra planten udgøres nu af naturstoffet
dhurrin i de genetisk modificerede gåsemadsplanter.
Disse planter er i stand til at danne og oplagre
det nye naturstof uden synlige tegn på ændret
vækst. De genetisk modificerede gåsemadsplanter
er resistente både mod de voksne jordlopper samt
mod jordloppelarver. I forsøg, hvor jordlopperne
får valget mellem at spise de genetisk modificerede
dhurrin-producerende gåsemadsplanter og ikke
genetisk modificerede gåsemadsplanter, fravælger
jordlopperne de dhurrin-holdige planter. Det vil
sige at tilstedeværelsen af naturstoffet dhurrin virker
som et frastødende middel frem for et giftstof,
der slår jordlopperne ihjel. Ligeledes har vi undersøgt,
hvordan indsættelsen af de tre gener fra Durraplanten
påvirker reguleringen af de ca. 22.000
gener, der naturligt findes i gåsemadsplanten samt
undersøgt hvilken påvirkning, der er på den øvrige
sammensætning af naturstoffer. Dette eksempel
viser, at det er muligt at introducere nye indholdsstoffer
i genetisk modificerede planter uden
morfologiske ændringer eller påvirkning på sammensætningen
af øvrige indholdsstoffer og deres
genregulering; det vil sige disse genmodificerede
planter er næsten ens med ikke genmodificerede
planter og udgør et eksempel på en risikovurdering.
I kontrast hertil ses større ændringer i genregulering
og sammensætningen af indholdsstoffer
imellem økotyper af planter og imellem mutanter.
Litteratur
Kristensen C, Morant M, Olsen CE, Ekstrøm CT,
Galbraith DW, Møller BL & Bak S. 2005. Metabolic
engineering of dhurrin in transgenic Arabidopsis
plants with marginal inadvertent effects on
the metabolome and transcriptome. Proc. Natl.
Acad. Sci. USA 102, 1779-84.
Møller BL & Bak S. 2005. Genetic engineering,
natural variation and substantial equivalence.
Trends in Biotechnology 23: 381-383.
Tattersall DB, Bak S, Jones PR, Olsen CE, Nielsen
JK, Hansen ML, Høj PB & Møller BL. 2001.
Resistance to an Herbivore Through Engineered
Cyanogenic Glucoside Synthesis. Science 293,
1826-8. ■
291