Tørke blir rekna som eit av dei mest alvorlege trugsmåla mot avlingane i jordbruket i verda. Dei internasjonale frøselskapa har sidan 1990-talet lova genmodifiserte plantar som skal tole tørke, men det store gjennombrotet lèt framleis vente på seg.
Av Audrun Utskarpen i GENialt 2/2010
Plantar treng vatn for å løyse opp og frakte næringsstoff, til avkjøling ved fordamping, til fotosyntesen og til å halde seg oppreiste. Når ein plante blir utsett for stress, som tørke, salt eller ekstreme temperaturar, blir ei rekkje gen skrudde på. Fleire former for stress kan skru på dei same gena. Desse gena set i gang produksjonen av ulike protein og metabolittar (mellomprodukt i stoffskiftet), og nokre av dei vernar plantane mot det skadelege stresset. Planten freistar med dette å halde oppe balansen i pH, temperatur og kjemisk samansetning, kvitte seg med giftstoff og etter kvart halde fram med å vekse.
Lang veg frå laboratoriet til åkeren
Tørketoleranse er ein samansett eigenskap der mange gen spelar ulike roller. Dei fleste plantane som er blitt genmodifiserte til å tole tørke, er ikkje jordbruksplantar, men modellplantar som blir brukte i forsking, til dømes Arabidopsis (vårskrinneblom). Dessutan har dei færraste vore testa under naturlege veksttilhøve. Sjølv om ein plante toler tørke under kontrollerte tilhøve på laboratorium eller i veksthus, er det langt frå sikkert at han oppfører seg likeins ute på åkeren, der mangt i miljøet utanom tørke påverkar plantane. Ein plante som toler tørke på eit tidleg trinn i utviklinga, treng heller ikkje å vere tørketolerant på eit seinare trinn eller som vaksen.
I dei fleste plantane som er genmodifiserte til å tole tørke, har ein brukt gen frå plantar som er naturleg tørketolerante, men ein kan òg bruke gen frå andre organismar, slik som firmaet Monsanto har gjort ved å nytte genet for eit kuldesjokkprotein frå ein jordbakterie (sjå tekstboks i artikkel om mais som toler tørke).
Eitt gen gir eitt protein
I dei første forsøka med tørketolerante plantar, sette ein inn gen som skulle auke mengda av eitt enkelt protein som var viktig for å tole stress. Det kunne til dømes vere enzym som produserer organiske osmolyttar. Dette er små løyselege molekyl som motverkar osmotisk sjokk; dei trekkjer vatn inn i cellene og hindrar at dei skrumpar inn når det er tørke. Døme på slike osmolyttar er aminosyra prolin, aminoforbindelsen betain og sukkeret trehalose.
Tørke og anna stress fører til at reaktive oksygenforbindelsar hopar seg opp i planten, og mange plantar reagerer med å lage antioksidantar. Å setje inn gen som produserer nye eller ekstra antioksidantar, er derfor ein måte å lage plantar som toler tørke. Gen som lagar protein til vasskanalane i cellemembranen, kan auke transporten av vatn inn i cellene. Andre protein som motverkar tørkestress, er varmesjokkprotein, protein som regulerer plantevekst og nokre typar protein som er aktive i frøutviklinga og som òg bind vatn eller overskot av ion.
Eitt gen påverkar produksjon av fleire protein
Det er vanskeleg å lage tørketolerante plantar ved å setje inn berre eitt gen, og ein har derfor gått over til å setje inn gen som gjer at det blir produsert mange protein samstundes. Dette er gjerne gen for transkripsjonsfaktorar som blir skrudde på ved stress. Transkripsjonsfaktorar er spesielle protein som bind seg til DNA og styrer uttrykket av ei rekkje andre protein. Kuldesjokkproteinet CspB som Monsanto har brukt til å lage genmodifisert mais som toler tørke, er meint å verke på ein liknande måte; når CspB bind seg til RNA-trådar, som er kopiar av DNA-koden som blir brukt for å lage protein, aukar produksjonen av mange protein.
Tid og stad for proteinuttrykk
Når ein genmodifiserer ein plante, må ein i tillegg til genet for den nye eigenskapen setje inn ein ekstra gensekvens (promotor) som startar opp lesinga av genet og dermed produksjonen av det nye proteinet. Dei promotorane som har vore mest brukte i genmodifiserte plantar til no, set i gang produksjonen av det nye proteinet i alle vev til ei kvar tid. Det kan skade plantane dersom dei produserer stressprotein utan å vere utsette for stress, og ein bør derfor bruke ein promotor som berre startar opp produksjonen av stressprotein når det er tørke. Monsanto har derimot brukt ein promotor frå ris som er på heile tida, i sin genmodifiserte mais.
Det viser seg å vere mykje vanskelegare å lage genmodifiserte plantar med samansette eigenskapar, som tørketoleranse, enn å setje inn eit gen som lagar ei insektgift. Derfor er ingen tørketolerante jordbruksvekstar komne på marknaden hittil, og sjølv om det har vore forska på slike vekstar eit par tiår, ser det ut til at vi må vente på dette ei stund til.
Kjelder:
- Ashraf, M. (2010) Inducing drought tolerance in plants: Recent advances. Biotechnol Adv 28, 169– 183.
- Bhatnagar-Mathur, P. et al. (2008) Transgenic approaches for abiotic stress tolerance in plants: retrospect and prospects. Plant Cell Rep 27, 411– 424. nr. 2/2010
Vidare lesing
