How to genetically modify a tomato and other things we eat

The production of genetically-modified (GM) foods remains a mystery to many.

Murray Ballard, a photographer, has visited the John Innes Centre – Europe’s largest independent research facility for the study of plant science and microbiology – with the aim of gaining a deeper understanding of genetic modification technology and its application in the development of crop plants.

The newspaper produced is divided into three scetions, each dealing with a different experiment.

From “How to genetically modify a tomato, and other things we eat” via John Innes Centre

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.

 

A picture speaks a thousand words!

Bintje (conventional) vs GMO potato. Via Vilt (www.vilt.be)

De proef met genetisch gewijzigde aardappelen in Wetteren is voor het tweede jaar op rij gelukt. Door de genen van de aardappel te wijzigen, is deze soort resistent geworden tegen de aardappelplaag, een schimmelziekte die vooral voorkomt bij vochtig weer.

De onderzoekers gaan nu proberen om ook andere aardappelsoorten resistent te maken, maar dat kan nog jaren duren. “Deze aardappel is een basis voor het onderzoek”, zegt professor Erik Van Bockstaele van de Universiteit Gent. “Als we volgend jaar kunnen starten met de genen in bestaande rassen in te bouwen, dan verwachten we dat we tegen 2020 deze aardappel bij de landbouwer kunnen krijgen.”

Vanochtend bezocht Vlaams minister-president Kris Peeters (CD&V) het proefveld in Wetteren. Hij vindt het zeer belangrijk dat het wetenschappelijk onderzoek wordt voortgezet, mét steun van de Vlaamse regering. “De aardappelplaag kost ons elk jaar 55 miljoen euro en de landbouwers pakken dat nu aan met het gebruik van pesticiden. Wanneer we met een gemodificeerde aardappel dit probleem kunnen oplossen is dat een serieuze vooruitgang.”

Er komt in Wetteren ook een nieuwe veldproef, maar nu met genetisch gewijzigde maïs. Het Vlaams Instituut voor Biotechnologie (VIB) wil nagaan of zijn mais op het veld evenveel opbrengt als in de serre.

Wie met eigen ogen naar de genetisch gewijzigde aardappel wil komen kijken, kan zich inschrijven via www.aardappelziekte.be. Want het wetenschappelijk veld kan nu door iedereen bezocht worden, met een gids.

Artikel en video via deredactie.be 

Meer foto's vind je op de facebookpagina van Vilt.

 

BIOTECHNOLOGIE IS EEN WETENSCHAP

Biotechnologie speelt een belangrijke rol bij de studie van de werking van planten. Door te onderzoeken hoe planten functioneren, kunnen gewassen met interessante eigenschappen geselecteerd worden. Het VIB-departement Planten Systeembiologie aan UGent gaf onlangs toelichting bij het kader en de context van het plantenbiotechnologisch onderzoek dat het uitvoert. We konden ook de serre met genetisch gewijzigde maïsplanten en het veld met ggo-populieren bezoeken.

Het volledige artikel, verschenen in Boer & Tuinder 1 juni 2012, pdf. 

Don’t destroy research

De volledige tekst met de vraag van de wetenschappers om de proef niet te vernielen kun je hier terugvinden. 

De petitie kun je hier ondertekenen, je vindt er in de commentaren ook heel wat interessante comments van mensen allerlei!

In online en andere pers werden reeds heel wat artikels aan deze oproep en kwestie gewijd, deze artikels vind je allemaal terug op de pagina van de oproep onder het filmpje en de oproep om de petitie te tekenen.

Genetically Engineered Plants and Foods: A Scientist’s Analysis of the Issues

Part I

Through the use of the new tools of genetic engineering, genes can be introduced into the same plant or animal species or into plants or animals that are not sexually compatible—the latter is a distinction with classical breeding. This technology has led to the commercial production of genetically engineered (GE) crops on approximately 250 million acres worldwide. These crops generally are herbicide and pest tolerant, but other GE crops in the pipeline focus on other traits. For some farmers and consumers, planting and eating foods from these crops are acceptable; for others they raise issues related to safety of the foods and the environment. In Part I of this review some general and food issues raised regarding GE crops and foods will be addressed. Responses to these issues, where possible, cite peer-reviewed scientific literature. In Part II to appear in 2009, issues related to environmental and socioeconomic aspects of GE crops and foods will be covered.

Part II

Genetic engineering provides a means to introduce genes into plants via mechanisms that are different in some respects from classical breeding. A number of commercialized, genetically engineered (GE) varieties, most notably canola, cotton, maize and soybean, were created using this technology, and at present the traits introduced are herbicide and/or pest tolerance. In 2007 these GE crops were planted in developed and developing countries on more than 280 million acres (113 million hectares) worldwide, representing nearly 10% of rainfed cropland. Although the United States leads the world in acres planted with GE crops, the majority of this planting is on large acreage farms. In developing countries, adopters are mostly small and resource-poor farmers. For farmers and many consumers worldwide, planting and eating GE crops and products made from them are acceptable and even welcomed; for others GE crops raise food and environmental safety questions, as well as economic and social issues. In Part I of this review, some general and food issues related to GE crops and foods were discussed. In Part II, issues related to certain environmental and socioeconomic aspects of GE crops and foods are addressed, with responses linked to the scientific literature.

Plant perfumes woo beneficial bugs

Scientists funded by the Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC) have discovered that maize crops emit chemical signals which attract growth-promoting microbes to live amongst their roots. This is the first chemical signal that has been shown to attract beneficial bacteria to the maize root environment.

The study was led by Dr Andy Neal of Rothamsted Research in Hertfordshire and Dr Jurriaan Ton of the University of Sheffield’s Department of Animal and Plant Sciences. By deepening our understanding of how cereals interact with microorganisms in the soil their research aims to contribute to ongoing efforts to increase cereal yields sustainably to feed a growing world population.

This research could be particularly useful in the fight against soil-borne pests and diseases. By breeding plants that are better at recruiting disease suppressing and growth promoting bacteria scientists hope to reduce agricultural reliance on fertilisers and pesticides.

The research is published today (24 April 2012) in the open-access journal PLoS One.

Continue reading

Agrobacterium: Horizontale gentransfer

25 jaar geleden werd een sequentie, homoloog aan het Ri plasmide (pRI) T-DNA van Agrobacterium rhizogenes, gedetecteerd in het genoom van een niet getransformeerde tabaksplant, Nicotiana glauca. Tegenwoordig is onomstotelijk vastgesteld dat dit T-DNA afkomstig is van pRI T-DNA via een oude A. rhizogenes infectie.

Vele andere plant species in verschillende families blijken ook een cT-DNA sequentie te bevatten, alhoewel details over hun afkomst vaak nog onbekend zijn. Dergelijke planten blijken vaak in staat tot ontwikkeling van tumors in afwezigheid van kankerverwekkende micro-organismen.

Doordat pRI transgene planten een vreemdsoortig fenotype, het zogeheten “hairy root syndrome”, tot expressie brengen, dat onder sommige omstandigheden voordelige karakteristieken vertoont, zou het kunnen dat pRI-getransformeerde planten in competitie met niet getransformeerde parentale planten overheersten of overleefden onder een vijandig klimaat. Daardoor kan de insertie van T-DNA via Agrobacterium transformatie in het genoom van planten een invloed gehad hebben op hun evolutie, wat uiteindelijk resulteerde in de creatie van nieuwe plant species.

Volledige artikel vind je hier.

Less fertilizer, higher yields

Plant breeding and genetic engineering for improved nitrogen efficiency

Plants take up nitrogen, a key component of many biological molecules, from the soil. For efficient crop cultivation, nitrogen has to be added to the soil at regular intervals. The large-scale use of artificial nitrogen fertilizers since the middle of the 20th century has led to considerable yield increases for farmers, but has also damaged the environment. Plant researchers are working on ways of improving the take-up and utilisation of nitrogen by crop plants. The most ambitious aim is to develop staple crops that can use nitrogen from the atmosphere.

Het volledige artikel met verwijzingen naar recent onderzoek en veldproeven vind je hier.