De ogen van de patat

Alles op een hoop

Bijna niemand heeft een probleem met een genetisch gewijzigde bacterie die insuline aanmaakt. Maar in het GGO-debat worden alle genetisch gewijzigde planten als ongewenst beschouwd door tegenstanders. Er is geen plaats voor nuance. Anne Teresa De Keersmaeker maakt in De Standaard deze veelvoorkomende en veralgemenende claim: “Planten genetisch manipuleren en een GGO introduceren [in het milieu] is gevaarlijk voor onze planeet.” Dit kan maar op twee manieren mogelijk zijn: (a) alle methoden om een “vreemd” gen (transgen) in een plant te brengen zijn gevaarlijk of (b) elke “onnatuurlijke” wijziging aan het erfelijk materiaal van een plant is gevaarlijk. Beide mogelijkheden impliceren dat (de functie van) het transgen niet ter zake doet. Echter een realistische en genuanceerde visie op GMOs zou kunnen zijn: Niet alle GMOs zijn gevaarlijk of niet alle GMOs zijn ongevaarlijk. Het is de aard van het transgen en het gebruik van de GMO door de mens dat bepalend is voor de schadelijkheid ten opzichte van mens en milieu. Een extreem voorbeeld is dat een plant die het botulinum toxine (botox) aanmaakt uiteraard gevaarlijk zal zijn.

Ken je transgen

Wat is nu de aard van het aardappeltransgen in Wetteren? Het verwondert mij dat dit aspect nooit wordt aangehaald in het debat. Nochtans is het dus cruciaal te verstaan wat deze “resistentiegenen” juist zijn omdat dit bepalend is voor eventuele gevaarlijkheid. Doordat dit nooit wordt besproken ontstaat de gedachte dat onze kennis hieromtrent onvoldoende is en dat dit gewoon stukken DNA zijn die empirisch tot resistente planten leiden. Dankzij het wetenschappelijk onderzoek in de moleculaire biologie weten we echter duidelijk  wat de functie is van deze genen. Het is juist bij het “natuurlijk” veredelen van planten dat men de resistentie inkruist zonder te weten welke stukken DNA en dus welke functies geselecteerd worden. Bovendien worden bij het selectieproces genen mee geïntroduceerd die niets te maken hebben met de resistentie en (ook nu nog) een volledig onbekende functie hebben (zie Figuur). Indien de aard van het transgen de gevaarlijkheid bepaalt volgt hier uit dat veredeling gevaarlijker moet zijn dan genetische modificatie.

Kruisen vs GM -  (A) Het resistentiegen is aanwezig in de bruine variëteit welke gekruisd wordt met de in de landbouw gebruikte blauwe variëteit. Door vele jaren van terugkruisen met de blauwe varieteit kan met het gen inkruisen (B). Echter een gedeelte van het bruine genoom is "gelinkt" aan het transgen en is mee ingekruist eventueel samen met onbekende regio's die onbekende genen bevatten met onbekende functies.

Kruisen vs GM – (A) Het resistentiegen is aanwezig in de bruine variëteit welke gekruist wordt met de in de landbouw gebruikte blauwe variëteit. Door vele jaren van terugkruisen met de blauwe variëteit kan met het gen inkruisen (B). Echter een gedeelte van het bruine genoom is “gelinkt” aan het transgen en is mee ingekruist eventueel samen met onbekende regio’s die onbekende genen bevatten met onbekende functies.

Het immuunsysteem van planten.

Hoe planten zich verdedigen is een zeer interessant onderzoeksgebied. In een eerste verdedigingsmechanisme maakt de plant gebruik van sensoren (receptoren) aan de buitenkant van de plantencel die sterk geconserveerde structuren herkennen bij ziekteverwekkers zoals bv. het zweepstaartje van een bacterie. Het “LRR-gedeelte” van de sensor verschilt van receptor tot receptor en staat in voor de herkenning van de karakteristieke structuur van een ziekteverwekker. Wanneer herkend wordt er een verdedigingsmechanisme geactiveerd. Dit noemt met PAMP-triggered immunity (PTI).  Interessant weetje is dat u en ik op een zeer gelijkaardige manier met LRR-receptoren ziekteverwekkers herkennen, een geval van convergente evolutie.

Maar ziekteverwekkers zoals de aardappelziekte (Phytophthora) zijn geëvolueerd om deze barrière te omzeilen. Ziekteverwekkers die dat niet doen sterven natuurlijk uit. Ze injecteren met een moleculaire spuit tientallen eiwitten en andere moleculen (effectoren) in de plantencel die het eerste verdedigingsmechanisme uitschakelen. Planten evolueerden mee en maken nu ook intern LRR-receptoren aan die nu de effectoren herkennen in de cel in plaats van de ziekteverwekker buiten de cel (denk aan het zweepstaartje). Als een effector wordt herkend, lanceert de plant een tweede type verdediging dat de ziekteverwekker efficiënt uitschakelt. Dit noemt met Effector-triggered immunity (ETI).

Schematische voorstelling van het immuunsysteem van de aardappel. In het eerste geval herkent de aardappelcel Phytophtora dankzij receptoren (LRR) aan de buitenzijde van de cel. Hierdoor kan het een PTI-verdedigingsrespons opzetten en overleven. In het tweede geval injecteert Phytophtora effectoren in de cel die de PTI verhinderen. De aardappelziekte slaat dan toe. In het derde geval herkent de aardappelcel aan de hand van interne LRR receptoren een van de effectoren en start een ETI-verdedigingsmechanisme. Het zijn genen voor deze laatste interne LRR receptoren die in de Wetterse aardappelen werden ingebracht.

Schematische voorstelling van het immuunsysteem van de aardappel. In het eerste geval herkent de aardappelcel Phytophthora dankzij receptoren (LRR) aan de buitenzijde van de cel. Hierdoor kan het een PTI-verdedigingsrespons opzetten en overleven. In het tweede geval injecteert Phytophthora effectoren in de cel die de PTI verhinderen. De aardappelziekte slaat dan toe. In het derde geval herkent de aardappelcel aan de hand van interne LRR receptoren een van de effectoren en start een ETI-verdedigingsmechanisme. Het zijn genen voor deze laatste interne LRR receptoren die in de Wetterse aardappelen werden ingebracht.

 

Een evolutionaire wapenwedloop

Het gevolg is dat er een evolutionaire wapenwedloop is ontstaan tussen de ziekteverwekkers en de planten. De eersten komen steeds op de proppen met nieuwe types van effectoren en de planten reageren door hun receptoren aan te maken die de effectoren herkennen. Verschillende stammen van dezelfde ziekteverwekker maken een verschillend repertoire aan van deze effectoren. En ook in de natuurlijke populatie van een plant is er een al even verscheiden repertoire aan LRR-receptoren.

Als een bepaald aardappelras resistentie vertoont tegen een bepaalde ziekte is dat meestal omdat het een receptor aanmaakt die een effector van de ziekteverwekker herkent. Mensen hebben dan door te kruisen dit “resistentiegen” (R-gene) ingebracht in de variëteit die ze verbouwen. Dit is een proces dat zeer lang duurt. Bijvoorbeeld voor de “biologische” aardappel Bionica duurde het 46 jaar om 1 enkel R-gen in te kruisen. Welke andere genen mee ingekruist zijn – laat staan hun functie – is onbekend.

Biotechnologie

De R-genen zijn echter eenvoudig te herkennen door moleculair biologen. De meesten coderen voor deze LRR-receptoren en verschillen relatief weinig van elkaar. Door het genoom van de aardappel in kaart te brengen schat men het aantal R-genen op enkele duizenden per genoom. Het aantal in de populatie ligt nog een pak hoger uiteraard. Men kan door moleculaire technieken een R-gen isoleren en het inbrengen in de plant: de zogenoemde transformatie. Het is belangrijk om in te zien dat het verdedigingsmechanisme van de plant zelf wordt gebruikt om Phytophthora te bestrijden. Door de plant het juiste R-gen uit de populatie te geven help je enkel de patat zijn vijand te herkennen.

Doorbreken van resistentie

De aardappelplant moet dus maar één van de effectoren herkennen om zijn ETI verdedigingsmechanisme in te schakelen en immuun te zijn. Echter, wanneer een Phytophthora opduikt die deze effector niet meer heeft – maar nog steeds even ziekmakend is – dan is de plant ten dode opgeschreven. Natuurlijk is er in een monocultuur van aardappelen met exact hetzelfde repertoire aan R-genen een enorme druk op Phytophthora om die ene effector te verliezen of eventueel te vervangen door een andere uit de populatie. Vandaar dat verwacht wordt dat voor een resistente aardappel zoals Bionica de resistentie door 1 gen vlug zal worden doorbroken. De oplossing is om R-genen te “stacken”(stapelen) en ervoor te zorgen dat de effectoren van Phytophthora worden herkend door zo veel mogelijk R-genen en zo het doorbreken van resistentie onmogelijk te maken. Dit zal enkel mogelijk zijn met behulp van biotechnologie aangezien het inkruisen van 2 a 3 genen decennia zal duren.  Bovendien zal met veredelen andere kenmerken gewijzigd worden met onbekende resultaten op bv. smaak, kleur of resistentie tegen andere ziekten.

 

Bt Cotton, Question and answers, a book by K.R. Kranthi

Foreword

No question is so difficult to answer as that to which the answer is obvious’ –George Bernard Shaw.

The success story of Bt-cotton in India is obvious, but it has indeed become strangely, circumspect to affirmatively answer the ‘obviously easy to answer’ question -‘has Bt-cotton succeeded in India in combating the bollworm menace?’ The answer lies in the simple fact that farmers have endorsed the technology in a vast majority. If Bt-cotton would not have controlled bollworms, the technology would not have moved the distance it has today.

There may be a need for refinement and constant changes are always inbuilt into science. While we progress with advanced technologies for sustainable growth and prosperity, environment should always be uppermost in our minds. Questions must be asked and concerns will be raised, but, science must provide answers and solutions. Bio-safety concerns are paramount to all of us. Answers should be forthcoming from good robust scientific experiments. We need not shy away from moving forward to develop GM technologies in a manner that is profoundly acceptable to the ecology, environment and society. But, any new technology must be compared to the previously used technologies and evaluated for the trade-off benefits, checks and balances and economic gain of the farmers.

It is clear that there is hardly any technology that can be 100.0% safe to everything. Interestingly, Bt-cotton is one of the few technologies having the safest bio-safety profiles. It comes as an alternative to the previously used hazardous concoction of insecticide mixtures. The insecticides used on cotton were known to have ravaged ecology, disrupted the environment, played havoc with human and animal health, were toxic to honey bees, insect-parasitoids and predators, caused allergies and a myriad number of ill-effects. Bt-cotton removed that to a great extent. Strangely, this seems to have been less acknowledged by detractors of the Bt-cotton technology. It is true that insecticides are now being used for sap-sucking pest control on Bt cotton hybrids, but, as mentioned in this book, the increase is because of the susceptible hybrids and has nothing to do with Bt-technology. We cannot afford to move back towards the pesticide era. By all scientific standards, Bt GM Cotton technology is by far the most environment friendly technology available thus far. We must however develop varieties and hybrids that show comprehensive resistance to sucking pests through resistant germplasm sources and to bollworms through Bt genes. This is possible through good plant breeding efforts. Once this is done, it is for sure that insecticide usage will be substantially reduced.

Bt-cotton was the first of GM technologies to be introduced into India. It is beyond doubt that farmers preferred Bt-cotton instead of the hazardous insecticide-cocktails for bollworm control. It is true that because of huge investment potential, multinational companies had the edge to develop the technology more efficiently and at a faster pace, compared to many public sector institutions across the world. But, GM technologies are being developed now more easily than before, as the transformation technology itself has advanced tremendously. India cannot afford to lose the competitive edge in agriculture, in the international arena, by slowing down biotechnology applications in agriculture. While we move forward, it surely becomes everybody’s responsibility to use the best science based technologies available to the farmer after weighing out all concerns and consequences, but, we need to move forward to face future challenges of burgeoning food and clothing demands of the ever-increasing populace.

I congratulate Dr Kranthi for the good effort in bringing out all possible facets of the Bt-cotton technology, especially from the Indian perspective, in the form of questions and answers, which makes the book readable. I hope that this book will enable all stakeholders for better understanding so as to assist in proper assessment of the technology in as rationally a manner as possible.

The book is accessible in its entireness here.

Vergelijking tussen verschillende plantveredelingsmethoden

Schematisch overzicht (klik voor grote versie) die verschillende plant veredelingsmethoden met elkaar vergelijkt. De lijst is wel opgemaakt vanuit Amerikaans oogpunt en de lijn die patentering behandelt, geldt dus enkel in Amerika. Daar kunnen klassiek veredelde gewassen namelijk ook gepatenteerd worden.

Het bijhorende artikel vind je op de blog van Kevin M. Folta.

Methods used to improve plants (Click for larger image)

Genetic improvement of grass pea (Lathyrus sativus) in Ethiopia: an unfulfilled promise

Abstract

Grass pea (Lathyrus sativus L.) is an important crop in Ethiopia. Its vital importance in the Ethiopian agriculture emanates from its resistance to drought, salinity, waterlogging and low soil fertility. However, low levels of the amino acids methionine and tryptophan and the presence of the neurotoxin β-N-oxalyl-L-α,β-diaminopropanoic acid (ODAP) in the seeds are the major limitations of the crop. Genetic improvement of grass pea in Ethiopia has been started in the 1960s at Holetta Agricultural Research Center. The major objectives of the grass pea research were to develop and promote high-yielding cultivars with low ODAP content coupled with improved management production packages. However, the 50 years of on-station and on-farm research was not successful in producing outstanding varieties with the desired traits. Compared to other grain legumes, the poor success of varietal development endeavours within the context of grass pea improvement philosophy is typically related to the failure of the conventional breeding approach to fix a zero or low ODAP content because this trait is highly influenced by climatic and edaphic environment.

The Way Forward

Modern approaches such as genetic transformation of grass pea with plant-derived genes may prove to be valuable tools for boosting seed protein quality, and this needs to be explored. A reproducible regeneration protocol has been developed for grass pea. However, a reliable and efficient genetic transformation system needs to be developed. Moreover, the focus now should not be on lowering the ODAP content; rather, it should be on boosting seed contents of sulphur-containing essential amino acids like methionine and cysteine in grass pea genotypes.

Het volledige artikel vind je hier.

De toekomst van de landbouw ligt in een hybride aanpak

Meer en meer blijkt uit onderzoek dat er niet 1 antwoord is op de toekomstige uitdagingen om aan duurzame landbouw te doen. Geen enkele techniek of landbouwmodel zal alleen alle problemen kunnen oplossen. Meer en meer gaan dan ook stemmen op dat een hybride aanpak de enige mogelijkheid is, waarbij het beste uit de biologische landbouw gecombineerd wordt met het beste uit de conventionele landbouw. Waar plaats is voor een agro-ecologische optimalisatie, maar ook voor de allernieuwste veredelingstechnieken. Geen enkel systeem of techniek kan op zichzelf een totaaloplossing bieden voor de toekomstige uitdagingen.

Deze week werd opnieuw een artikel gepubliceerd in Nature (nieuwsbericht) door o.a. Jonathan Foley dat specifiek ingaat op het verschil in opbrengst tussen conventionele en biologische landbouw en welke problemen en/of mogelijkheden dit schept. Jonathan Foley is ook de schrijver van, “Can we feed the world and sustain the planet?”, de stappen die hij hierbij beschrijft worden hier schematisch samengevat.

Naar aanleiding van de publicatie van deze studie in Nature werden heel wat artikels aan deze materie gewijd. Andrew Revkin schreef een heel genuanceerde analyse van dit onderzoek met als titel, Study Points to Roles for Industry and Organics in Agriculture. Prof. Pamela Ronald, gekend van Tomorrow’s table, laat haar licht schijnen op deze problematiek die haar nauw aan het hart ligt. Het nieuwsbericht van McGill, waar het onderzoek, in samenwerking met The Institute on the Environment (Universiteit van Minnesota), werd uitgevoerd. Ook in de Los Angeles time verscheen een artikel met een interview met agro-ecoloog John Reganold (Universiteit van Washington). Zijn quote en uitsmijter van het artikel wil ik u zeker niet onthouden.

“People think organic is not going to feed the world,” Reganold said, whose own research has found that organically grown strawberries contain more nutrients than their conventionally grown counterparts. “Well guess what? No one farming system’s going to feed the planet. It’s going to take a blend to guarantee us global food security.”

Achieving Food Security in the Face of Climate Change

The Commission on Sustainable Agriculture and Climate Change has reviewed the scientific evidence to identify a pathway to achieving food security in the context of climate change. Food systems must shift to better meet human needs and, in the long term, balance with planetary resources. This will demand major interventions, at local to global scales, to transform current patterns of food production, distribution and consumption. Investment, innovation, and deliberate effort to empower the world’s most vulnerable populations will be required to construct a global food system that adapts to climate change and ensures food security while minimizing greenhouse gas emissions and sustaining our natural resource base.

Het overzicht van de verschillende rapporten die uit deze commissie zijn voortgekomen omvatten onder andere een samenvatting voor policy makers en een finaal rapport van de commissie.

Samenvattende video hieronder: Continue reading

Genetic Engineering Isn’t So Different From Classical Plant Breeding – Just Better

Bob Thompson of Johns Hopkins School of Advanced International Studies discusses genetic engineering, why it is so important, and how it is basically a sped-up version of classical plant breeding.  He questions the logic behind fear of GM food when it is the same science that has been used in vaccines for years.

World breakthrough on salt-tolerant wheat

A team of Australian scientists involving the University of Adelaide has bred salt tolerance into a variety of durum wheat that shows improved grain yield by 25% on salty soils.

Using ‘non-GM’ crop breeding techniques, scientists from CSIRO Plant Industry have introduced a salt-tolerant gene into a commercial durum wheat, with spectacular results shown in field tests. Researchers at the University of Adelaide’s Waite Research Institute have led the effort to understand how the gene delivers salinity tolerance to the plants.

Continue reading

The future of plant science

Plant science is key to addressing the major challenges facing humanity in the 21st Century. In an article published in The Plant Cell, the two researchers argue that the development of new technology is key to transforming plant biology in order to meet human needs. Plants serve as the conduit of energy into the biosphere, provide food and materials used by humans, and they shape our environment. According to Ehrhardt and Frommer, the three major challenges facing humanity in our time are food, energy, and environmental degradation. All three are plant related.

Volledige artikel hier.

Herbicide Resistant Johnsongrass: Coming soon to a farm near you!

Een herbicide resistente ggo-sorghum (sorghum bicolor) is altijd controversieel geweest. Net omdat dit gewas nauw verwant is met Johnsonsgrass (sorghum halepense), een wijdverspreid en potentieel giftig onkruid, en er dus ook mogelijks kan mee kruisen (http://www.nbiap.vt.edu/brarg/brasym96/paterson96.htm).

Moest dergelijke ggo-sorghum in ontwikkeling zijn/op de markt komen, zou er natuurlijk gigantisch veel tegenstand ontstaan vanuit de anti-ggo hoek. Greenpeace bv. heeft reeds een enorm probleem met nutriëntverrijkte ggo-sorghum. Een herbicide resistente sorghum zou dus een minstens even extreme, maar wss een nog extremere, reactie uitlokken zou je zo denken. Dit zou namelijk de eerste keer zijn dat een nauw verwant species, en wereldwijd moeilijk te bestrijden onkruid, relatief eenvoudig en snel resistent kan worden tegen een brede range aan herbiciden.

Continue reading