Bioteknologi med faglige briller – muligheder og visioner Preben Bach Holm
Post on 30-Jan-2016
38 Views
Preview:
DESCRIPTION
Transcript
Bioteknologi med faglige briller – muligheder og visioner
Preben Bach HolmInstitut for Genetik og Bioteknologi
Aarhus Universitet
Det Jordbrugsvidenskabelige Fakultet
Forskningscenter Flakkebjerg
4200 Slagelse
Foreningen af Danske Svinekonsulenter
Nytårskuren 7. og 8. januar 2010
Vejlefjord Hotel
Plante-produkter
Den globale befolkningsudviklingDen globale befolkningsudvikling
www.nhn.ou.edu Lutz et al. Nature 412, 543-545, 2001
40% stigning
60% stigning
Det totale behov for korn- og kødprodukter 1992-2020
Korn Kødprodukter
Bioethanol (biodiesel, biomasse)
”Fuel for the cars – food for the people”
Klimaændring
Højere temperaturer
Større skift i vejret
Abiotisk stress:
Tørke
Oversvømmelse
Høj saltholdighed
Mineral tilgænge-lighed og toksicitet
Biotisk stress:
Vira
Bakterier
Svampe
Insekter og orme
Reduceret udbytte
Lavere produkt kvalitet
Klima ændring
Fordobling af CO2 niveauet ved slutningen af
århundredet
• Forøget udbytte – stivelse og sukre
• Forbedret vandudnyttelse
• Forbedret kvælstofudnyttelse
• Reduceret protein kvantitet og kvalitet
• Reduceret vitamin og mineral indhold
Thomas R. Malthus (1776-1834)Thomas R. Malthus (1776-1834)
Ændringer i ris- og hvedeudbytte og produktion
Ændringer i ris- og hvedeudbytte og produktion
Årsager til produktivitets- og udbyttestigningerÅrsager til produktivitets- og udbyttestigninger
Agronomi (50%)
• Kunstvanding
• Gødskning
• Pesticider
• Mekanisering
• Viden
Planteforædling (50%)
• Sygdomsresistens
• Højere udbytte
• Plantearkitektur
• Opbevaring
• Bedre såsæd
• Viden
Udvidelse af det dyrkede areal: 100 mill ha (1960-2000)
1960-2000: Fordobling af udbyttet
Omkostninger og problemerOmkostninger og problemer
• Opbygning af højt saltindhold
• Erosion
• Forurening med pesticider
• Forurening med næringsstoffer
• Reduktion i arealerne for naturlige økosystemer
• Snævrere fødevaregrundlag
• Dårligere ernæringsmæssige egenskaber
Indtil nu har det været muligt for fødevareproduktionen at holde trit med befolkningsudviklingen. Dette skyldes:
Det vil være muligt at forøge udbytterne via inddragelse af marginaljord og yderligere anvendelse af kunstvanding, gødskning og pesticider
MEN:
Mere af det samme vil ikke løse problemet!
•Udvikling af nye plantesorter med bedre udbytte og sygdomsresistens (50%)
• Udvikling af bedre dyrkningsteknologi, herunder anvendelse af kunstvanding, kunstgødning og pesticider (50%)
Den nye Grønne Revolution skal være
dobbelt grøn,
en Biorevolution
Der er behov for en ny Grøn Revolution
Baggrund
• Forståelsen af den genetisk basis for planters egenskaber udvikler sig i disse år meget hurtigt
• Dette skyldes udvikling af en række genetiske værktøjer og teknikker, der muliggør langt mere omfattende og detaljerede analyser end tidligere
• Vi vil få en omfattende viden om vore kulturplan-ters egenskaber indenfor områder som:
• Human og animalsk ernæring
• Sygdomsresistens
• Udnyttelse af næringsstoffer
• Tolerance overfor kulde og tørke
Planteforædlere og aftageindustrien vil få en lang række nye muligheder
Etik Religion
Globalisering
MiljøSundhed
Økologi
Risiko
Nytteværdi
Multinationale selskaber
Patenter
Udviklingslande
Genetisk modificerede planter
Genetisk modificerede planter
RoundUp Resistens
RoundUp (glyphosate) påvirker EPSPS enzymet(5-enolpyruvylshikimate 3-phosphate synthase)
Shikimate3-phosphate EPSPS
PhenylalanineTyrosine
Tryptophan
RoundUp
Shikimate3-phosphate EPSPS
PhenylalanineTyrosine
Tryptophan
Planten dør af man-gel på aminosyrer
Gensplejsning med gen for EPSPS fra Agrobakterium
eller majs, som ikke blokeres af glyphosat
Vinderosion i U.S.A.Vinderosion i U.S.A.
European Corn Borer
Insektresistent Bt bomuld
Angreb af møllarver forårsager meget store udbyttetab, og der sprøjtes meget hyppigt med bredspektrede insekticider.
• Dyrkning af bomuld er opgivet i en række områder på grund af udvikling af resistens mod insekticiderne.
• Dyrkningsmæssige fordele
• Permanent beskyttelse
• Stor fremgang i udbytte• Miljømæsssige fordele
• Reduktion i mængden af insektmidler
• For Kina taler man om en reduktion i insekticidanvendelsen på 60-80%
Virus resistent papaya
50% af USA’s papaya produktion er idag GM virus-resistent (Hawaii)
Brookes G and Barfoot P (2006): Global impact of biotech crops: Socio-economic and environmental
effect in the first ten years of commercial use. AgbioForum 9, 139-151
• Forøget nettoindkomst for GM-dyrkerne på US$ 27 milliarder
• Reduktion i pesticid forbruget på 224.000 tons aktivt stof
• 15% reduktion i den såkaldte ”Environmental Impact Quotient” (EIQ), som er et mål for mængden af aktivt stof, giftighed og nedbrydnings-hastighed
• Dyrkningen af GM-afgrøder har ført til en reduktion i udledningen af CO2 på 1 mill tons på grund af mindre kørsel i marken og 8 million tons CO2 er blevet bundet i jorden på grund af reduceret jordbearbejdning
• Dyrkningen af især GM-bomuld har ført til forøget indtjening i udviklingslandene og har haft positive effekter på landarbejdernes sundhed.
Monsanto: Forskning og udvikling Monsanto: Forskning og udvikling
2006 pipeline Gen identifik-
ation
Proof of concept
Fase 2 Fase 3 Fase 4
2. Gen. Insekt- og herbicidresistens
Tørketolerant majs, sojabønner og bomuld
Majs og sojabønner med højere udbytte
Højværdi majs og sojabønner
Fodermajs med balanceret proteinsammensætning
Sojabønner med bedre proteinsammensætning
Sojabønner med olier der giver færre transfedtsyrer
Sojabønner der laver omega-3 fedtsyrer
Mars og VenusMars og Venus
Amerikansk lovgivning: Bestemt af plantens ka-raktertræk
Europæisk lovgivning: Bestemt af den anvend-te forædlingsteknik
Forbedring af:
• Fosfatudnyttelsen
• Aminosyre sammensætningen
• Fordøjelsen af cellevægge
• Fordøjelse af stivelse
Reduceret N og P udledning til omgivelserne
++
• Fytinsyre er generelt set ufordøjeligt for enmavede dyr.
Fytinsyre
O
OO P
O
H O
OO P
O
O
OO P
O
O
O OP
O
O
OHO P
O
O
OO P
O H
H
H HH
1
2
34
5
6
++
++
Mg++
Fe
Ca
Ca
Zn++
• Fytinsyre er den vigtigste antinutritionelle komponent og hæmmer biotilgænge-ligheden af især zink, kob-ber, calcium og jern.
• Fytinsyre hæmmer biotil-gængeligheden af amino-syrer/ protein og stivelse
Fytase
Al konventionel svinefoder er idag tilsat fytase
Tilsætning af mikrobiel fytase (FTU/kg)
Johansen og Poulsen 2003
Fo
rdø
jelig
t fo
sfo
r, g
/kg
fo
de
r
Byg/hvede
Majs
Transformation af byg og hvede
Konstitutiv
Endosperm specifik
Byg og hvede transformation Guldpartikel
bombardment Umodne embryoer
Regeneration af transgene planter
på Bialaphos
Småplanter regeneret fra kallus
Promoter type
Molekylær og biokemiske analyseraf afkom
• Der er udviklet GM-sorter af sojabønner, lucerne og raps, der er ligeså effektive til at nedbryde fytinsyren som tilsat fytase
• Syngenta har udviklet GM-majs, der laver så store mængder fytase, at majskernerne kan bruges som additiv
• Vi har udviklet en række hvede og byg GM-linier, der producerer store mængder af fytase, herunder varmestabile fytaser
• Vi er ved at karakterisere byggens og hvedens egne fytasegener og vil bruge dem til udvikling af såvel konven-tionelle som gensplejsede byg og hvede prototyper
Problemer vedrørende byg og hvedes aminosyresam-mensætning for anvendelse som svinefoder
• Byg- og hvedekerner har et lavt indhold af essentielle aminosyrer, i særdeleshed lysin, threonin, methionin, leucin, valin og isoleucin (histidin og tryptophan).
• Byg og hvede anvendt til svinefoder må derfor tilsæt-tes soja- eller rapsprotein, fiskemel eller industrielt fremstillede aminosyrer.
• Byg- og hvedekerner indeholder et for højt indhold af aminosyrerne glutamin og prolin. Disse kan ikke udnyttes fuldt ud af enmavede dyr, og den uudnyttede kvælstof udskilles og giver et unødvendigt højt kvælstofindhold i urinen.
Aminosyre sammensætning i forskelligt foder% af total aminosyre indhold
Aminosyre sammensætning i forskelligt foder% af total aminosyre indhold
Valin, %
Leucin, %
Isoleucin, %
Tryptophan, %
Threonin, %
Methionin, %
Lysin, %
Rå protein, %
3,43,03,66,17,1
4,94,65,05,25,4
6,46,56,77,68,1
3,63,63,75,04,1
1,21,21,21,21,2
3,02,93,33,84,6
1,71,51,61,31,8
10,09,810,244,2
TriticaleHvedeBygSojaskråIdeal protein - for svin
Kilde: S. Boisen
Bygkernens proteinerBygkernens proteiner
Hordein
Albumin
Globulin
Glutelin
God aminosyre sammen-sætning
D
B
CMeget dårlig
aminosyreprofil (- svovl)
Dårlig aminosyreprofil (+svovl)
B-, C-, D- og -hordein
Bygkernens proteinerBygkernens proteiner
Albumin
Globulin
Glutelin
God aminosyre sammen-sætning
D
B
C
Meget dårlig aminosyreprofil (- svovl)
Dårlig aminosyreprofil (+svovl)
B-, C-, D- og -hordein
Ala
nin
Arg
inin
Asp
arag
in
Cys
tein
Glu
tam
in
Gly
cin
His
tid
in
Iso
leu
cin
Leu
cin
Lys
in
Met
hio
nin
Ph
enyl
alan
in
Tyr
osi
n
Pro
lin
Ser
in
Th
reo
nin
Val
in
GM 1
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
GM 1
GM 2
% ændring i aminosyreindhold i GM byg
Reduktion af ikke-essentielle aminosyrer i korn (fx 30 pct. reduktion ved genteknologi)Reduktion af ikke-essentielle aminosyrer i
korn (fx 30 pct. reduktion ved genteknologi)
Hvede
Protein, % 9,8
Ikke-essentielle aminosyrer, g/kg 49
Reduktion, 30 pct. 15
Heraf fordøjeligt, g/kg korn 14
Heraf g N/kg korn 2,2
Reduceret N-udledning pr. slagtesvin, g
300
Norm udledning pr. slagtesvin 3,3 kg N
Reduktion i pct. 9
Kilde: Danske slagterier
Samme art
Alle gener i alle organismer
Genetisk modifikation
Ny sortNy sort
Konventionel forædling
Transgenese
Samme art
Alle gener i alle organismer
Genetisk modifikation
Ny sortNy sort
Konvention forædling
Cisgenese
Tak for
opmærksomheden
top related