Opp gjennom historia har viktige eigenskapar i matplantar gått tapt. Kan genteknologi hente tilbake kvalitetar og gi matplantar som er betre tilpassa klimaendringar og eit meir berekraftig landbruk?
Av Hilde Mellegård og Sigrid Bratlie
Kulturplantane som vi dyrkar i dag, er mindre robuste samanlikna med dei ville slektningane sine.
– I framtida må kulturplantane våre klare seg med mindre gjødsel og vatn, og dei må vere meir motstandsdyktige mot angrep frå skadedyr, bakteriar og sopp enn dei er i dag, seier Michael Broberg Palmgren, professor i plantefysiologi ved universitetet i København.
Palmgren og kollegaene hans ser på korleis vi kan få verdfulle eigenskapar tilbake i kulturplantane våre, og korleis vi kan få ville plantar tilpassa eit moderne dyrkingsregime. Dei meiner genteknologi kan vere nøkkelen til å lukkast.
Men før vi ser nærare på dette, la oss gjere ei reise fleire tusen år tilbake i tid.
Domestisering – frå ville plantar til kulturplantar
Gjennom mesteparten av mennesket si nokre hundre tusen år lange historie har vi livnært oss ved å sanke bær og jakte på dyr. Dette har ofte vore utfordrande: somme gonger hadde ein altfor mykje mat, andre gonger altfor lite. Så, for om lag 10 000 år sidan, på fleire uavhengige stader i verda, begynte vi å dyrke plantar for å sikre ei meir stabil matforsyning. Dette la grunnlaget for det moderne jordbruket.
Tilfeldige genetiske endringar oppstår kontinuerleg i naturen, og er grunnlaget for evolusjon og avl. Dei fleste av desse endringane er til ulempe for planten. Men av og til er dei samtidig gunstige i eit dyrkingsperspektiv. Eit eksempel er genmutasjonar som gjer at frøa ikkje fell av planten så snart dei er modne, men i staden heng fast til dei blir fjerna fysisk. Til ulempe for planten, som ikkje kan reprodusere seg like bra, men bra for bonden som skal hauste frøa. Eit anna eksempel er korte strå, som gjer at planten ikkje knekk når det blæs, men som i naturen gjer planten mindre konkurransedyktig.
Domestiserte matplantar som vi har i dag, er eit resultat av at nokon har oppdaga og vidareforedla individuelle plantar med nettopp slike eigenskapar før dei har rokke å bli luka ut i den nådelause kampen om tilværet. Prosessen med å tilpasse plantar til menneska sitt miljø og bruk, kallar vi domestisering.
Utfordringar for jordbruket
Sjølv om avl og moderne jordbruk har revolusjonert matproduksjonen, har det òg ført til at plantane har mista viktige eigenskapar på vegen. Døme på dette er at dei er mindre motstandsdyktige mot sjukdom og skadedyr, og at dei har dårlegare evne til å vekse under ugunstige forhold som tørke, mangel på næringsstoff og høgt saltnivå. Sprøytemiddel, vatningssystem og gjødsel har i stor grad gjort desse eigenskapane overflødige.
Eit anna problem er lite variasjon i matproduksjonen. Av dei over 300 000 plantesortane som finst i verda, er berre i underkant av 200 viktige kommersielle matprodukt. Brorparten av kaloriinntaket i verda kjem frå berre tre sortar – mais, ris og kveite. Monokulturar som trugar biodiversiteten og fører til feilernæring gjennom eit einsidig kosthald, er utfordringar fleire stader i verda i dag.
Genteknologi for å hente inn nye eigenskapar i dagens kulturplantar eller for å domestisere ville plantar kan være ein del av løysinga på desse utfordringane, meiner forskarane frå universitetet i København.
Domestisering av ville plantar
I tillegg til tradisjonell avl blir mange plantesorter i dag foredla ved at ein nyttar kjemikal eller stråling for å lage mutasjonar. Da får vi plantar med større genetisk variasjon. Men mutasjonane blir laga i blinde og skjer tilfeldig. Arbeidet går derfor ofte langsamt, særleg på plantar vi ikkje har avla mykje på. Fleire forskarar argumenterer derfor for å bruke genteknologi til presis og effektiv klipping i gen, slik at vi raskare kan ta i bruk plantar med nyttige eigenskapar.
– Genredigering kan erstatte tilfeldige genetiske endringar og flaks, som er det domestisering av plantar har basert seg på, seier den danske forskaren Palmgren. Palmgren og kollegaene hans vil bruke CRISPR-teknologi, som er ei ny og presis form for genteknologi, til å lage mutasjonar som vi veit er viktige for domestiseringa. Vi kan da dyrke plantar som har andre attraktive eigenskapar enn dei som finst i dagens matplantar. Eit eksempel er kløver- og erteplantar som kan fiksere sin eigen nitrogen. Dersom vi kan gi dei eigenskapar som gjer dei meir egna for dyrking, for eksempel høgare produktivitet, vil det kunne gi eit større utval av plantar til mat og fôr.
– Genredigering vil vere særleg nyttig på plantar vi ikkje har avla så mykje på, for eksempel fleirårige grassortar, meiner Palmgren.
Fleirårige plantar har ofte store rotsystem, som gjer dei mindre avhengige av vatning, gjødsling, pløying og andre innsatsfaktorar enn typiske eittårige vekstar vi dyrkar mykje av i dag. Dei må heller ikkje såast på nytt kvart år. Fleirårige plantar blir derfor trekte fram som eit potensielt bidrag til eit meir berekraftig jordbruk.
Rewilding for tapte eigenskapar
Palmgren meiner genteknologi òg kan vere eit effektivt verktøy for å bringe tilbake tapte eigenskapar i kulturplantane våre, såkalla rewilding.
– Ein sparer tid, og prosessane blir meir presise, seier Palmgren.
Rewilding som tradisjonell krysning av moderne plantar med ville slektningar, etterfølgd av gjentekne tilbakekrysningar for å fjerne gen ein ikkje ønskjer, er blitt gjort i fleire tiår. Målet har vore plantar som er meir robuste overfor sjukdom og ulike miljøforhold, samstundes som ein bevarer eigenskapar som er viktige for kvaliteten og avkastninga. Kveite med høgare innhald av protein og ris som betre står imot soppinfeksjonar, er nokre eksempel på kva som er oppnådd gjennom avl. Men dette er eit tidkrevjande arbeid, sjølv om ein i dag har effektivisert det ved å nytte metodar som gir informasjon om DNA-et. I tillegg er avl som metode vanskeleg dersom vi ønskjer å fokusere på meir enn eitt gen. Ved avl kan det òg komme andre gen med på kjøpet, som er ugunstige for kvaliteten og avkastninga.
Mais med endra næringsinnhald er eit eksempel på bruk av genteknologi for å få inn eigenskapar frå ville slektningar. I moderne mais har det i løpet av domestiseringa skjedd små endringar i eit gen, som har å gjere med produksjonen av ei sunn feittsyre, oleinsyre. Forskarar har no sett inn det opphavlege genet, slik at nivået nå av oleinsyre er blitt mykje høgare. Poteter som er motstandsdyktige mot tørråte, som er ein viktig soppsjukdom òg i Noreg, er eit anna eksempel der gen frå ville slektningar er sett inn ved å bruke genteknologi. Eit tredje eksempel på bruk av genteknologi er eple som står imot soppinfeksjon.
Må kjenne genetikken
Sjølve prosessen med rewilding består av to trinn. Trinn ein er å finne ut kva genetiske endringar som har skjedd i domestiserte plantar, og som har ført til tap av verdfulle eigenskapar. Deretter står re-etablering av eigenskapar frå den ville planten i matplantane for tur. For å få til dette kan forskarar skifte ut heile gen, eller berre reversere små endringar i gena (mutasjonar) som oppstod undervegs i domestiseringa.
I eksemplet med mais var det små endringar i eitt enkelt gen som var viktige for nivået av oleinsyre. Men i mange tilfelle er genetikken meir komplisert. Ofte blir ein bestemt eigenskap påverka av fleire gen samtidig. Skal ein nytte genteknologi til rewilding, må ein derfor kjenne til genetikken bak ein ønskt eigenskap. Dersom det i staden for genteknologi blir brukt tradisjonell krysning med ein vill slektning, er det ikkje nødvendig med kunnskap om kva gen som er involverte.
Domestisering
Domestisering er prosessen med å tilpasse plantar og dyr til eit menneskeskapt miljø. Denne prosessen skjer gjennom seleksjon og vidareforedling av dei genetiske eigenskapane ein ønskjer. Domestiserte plantar og dyr er annleis enn tilsvarande ville artar fordi eigenskapane er tilpassa våre behov, framfor at dei skal vere konkurransedyktige i vill natur.
Rewilding
Rewilding blir ofte brukt om å føre naturen tilbake til sin opphavlege tilstand, eller å gjenopprette den økologiske balansen. Omgrepet inneber ikkje nødvendigvis bruk av genteknologi. Rewilding blir òg ofte brukt om utsetting av artar i område der dei tidlegare levde. Ei meir ekstrem form for rewilding går ut på å ønskje seg tilbake til steinalderen og attskape økosystem og landskap slik det var da.
Rewilding òg i økologisk matproduksjon?
Økologisk landbruk gir ofte lågare avkastning samanlikna med konvensjonelt landbruk fordi bruk av plantevernmiddel og kunstgjødsel er forbode eller strengt regulert. For å lukke dette produktivitetsgapet har fleire forskarar foreslått å bruke genteknologi. Matplantar som ikkje blir utkonkurrerte av ugras eller etne opp av insekt, og som i større grad toler ugunstige klimaforhold, vil passe bra i økologisk dyrking, argumenterer forskarane.
–Tankegangen i rewilding er svært interessant når ein skal vidareutvikle økologisk landbruk, meiner dagleg leiar i Økologisk Norge, Børre Solberg.
– Eit sterkt og robust plantemateriale er ein av fleire føresetnadar for å lukkast med økologisk matproduksjon.
Men Solberg framhevar at det i økologisk landbruk ikkje er aktuelt å bruke genteknologi for å endre på arvestoff i plantar.
– Føre-var-prinsippet er heilt avgjerande. Med den kunnskapen vi har i dag om genredigering, veit vi for lite om dei langsiktige og utilsikta konsekvensane.
