Hybridi ja GM-siemenet
HYBRIDIEMENET
Hybridi syntyy, kun samasta lajista kaksi geneettisesti erilai- sia emolevyjä ristipölyttävät. Pölytyksen aikana miespuolinen siitepöly lannoittaa sukusoluja naaraspuolisista munasarjoista jälkeläisten siementen tuottamiseksi. Mies- ja naisyrittäjistä peräisin olevat geneettiset aineet yhdistyvät muodostaen ensimmäisen sukupolven (F1) hybridisydämen siemenet.
Luonnossa:
Kukkivilla kasveilla on kehittynyt erilaisia mekanismeja, joilla tuotetaan jälkeläisiä erilaisilla geneettisillä ominaisuuksilla, jotta selviytymismahdollisuudet muuttuisivat muuttuvissa ympäristöissä.
Dicliny on uniseksuaalisen (toisin kuin hermafrodita) kukkien esiintyminen. Luonnolliset kasvit kantavat miehiä ja naisia kukkia erillisissä kasveissa (toisin kuin yksiväriset, jotka kantavat sekä samasta kasveesta). Tämä pakottaa ristipölytyksen tapahtumaan.
Dichogamy on ajallisen eron anter- ja stigma-kypsyydessä (uros- ja naispuoliset lisääntymisvoimala elimet), mikä taas rohkaisee ristipölytystä. Protandry tarkoittaa viittauksen hajoamista (kypsymistä) ennen kuin leimautumista tulee vastaanottava, kun taas protogiaani voidaan nähdä vastakkaisena skenaarioksi.
Itsekompatibiliteetti (samasta kasvin siitepölyn hylkääminen) ja herkogamy (täyteaineiden alueellinen erottaminen) takaa, että itseilannoitusta vältetään.
Itsekompatibiliteetti jaetaan heteromorfisiin ja homomorfisiin tyyppeihin. Kaksoislehtisten (2 erilaisten kukkien) tai tristylla (3 erilaista) heteromorfista kukkia sisältävät kasvien lisääntymisrakenteet ovat selvästi erilaiset. Vain erilaiset kukat ovat yhteensopivia pölytyksen takia leimautumisen ja tyylin korkeuden vuoksi. Homomorfiset kukat, vaikka morfologisesti samat (ulkonäöltään), ovat yhteensopivia geenien kontrolloimana. Mitä suu- ja sorkkataudin (naaraspuoliset sukusolut) geneettinen samankaltaisuus on, sitä todennäköisemmin ne eivät ole yhteensopivia lannoituksen kanssa.
Kaupallinen käyttö:
Vaikka hybridisaatio esiintyy luonnossa luonnollisesti, kasvien kasvattajat voivat valvoa kasveja, joilla on kaupallisesti toivottava ominaisuuksien yhdistelmä. Esimerkkejä ovat tuholaisten, sairauksien, pilaantumisen, kemikaalien ja ympäristöön kohdistuvien rasitusten, kuten kuivuuden ja pakkasen, kestävyys sekä saannon, ulkonäön ja ravinneprofiilin paraneminen.
Hybridejä tuotetaan matalan teknologian ympäristöissä, kuten katetuilla viljelykasveilla tai kasvihuoneilla. Esimerkkejä uusista viljelykasveista, joita esiintyy vain hybrideinä, ovat Canola, greippi, sokerimaissi, cantaloupes, siemenettömät vesimelonit, tangelot, klementiinit, apriot ja juomot. [ii] Hybridikasveja tutkittiin Yhdysvalloissa 1920-luvulla ja 1930-luvulla hybridimaissi oli laajalti käytetty [iii]
Hybridisaatio syntyi Charles Darwinin ja Gregor Mendelin teorioista 1800-luvun puolivälissä. Viljelijöiden ensimmäinen käytäntö tunnetaan nimellä maissin detasseling, jossa äidinmaissin kasvien siitepöly poistetaan ja istutetaan isien kasvien riveihin, mikä varmistaa pölytyksen vain isäpölystä. Näin ollen emo-kasveista kerätyt siemenet ovat hybridejä. ii Kasvien urospuolisten urkurakenteiden manuaalinen poisto tunnetaan käsi-emakulaatioksi.
Seksimodifiointi on toinen menetelmä, jonka maanviljelijät ovat ottaneet käyttöön kasvintuotannon ohjaamiseksi. Seksin ilmaisua voidaan kontrolloida muuttuviin tekijöihin, kuten kasvin ravitsemukseen, valo- ja lämpötilasäteilyyn ja fytohormoneihin. Kasvohormonit, kuten auxinit, eetteri, erfofoni, sytokiinit ja brassinosteroidit sekä alhaiset lämpötilat, aiheuttavat siirtymistä naispuolisen sukupuolen ilmentämiseen. Gibberelliinien, hopeanitraatin ja psalimidin hormonihoidot sekä korkeat lämpötilat suosivat miehiä. minä
Patentoituminen ja taloudelliset huolenaiheet
F1-sukupolvi on ainutlaatuinen lajike, joka ylittäessään oman sukupolvensa F2-sarjan tuottamiseksi johtaa kasveihin, joissa on vanhempien DNA: n uusia, satunnaisia geneettisiä yhdistelmiä. Tästä syystä F1-siemenet antavat tuottajilleen patentoitavia oikeuksia, koska sama siemen on ostettava vuosittain istutettavaksi.
Hyödyllisiä hybridi siemeniä ovat kuitenkin liian kalliita käytettäviksi kehitysmaissa, koska siementen kustannukset ovat yhdistetty vaatimuksiin, jotka koskevat tylsää kastetta ja torjunta-aineiden käyttöä. Vihreä vallankumous, kampanja, jolla pyrittiin levittämään hybridisiemeniä lisäämällä elintarviketuotantoa, oli todella taloudellisesti haitallista maaseudun maatalousyhteisöissä. Korkeiden ylläpitokustannusten vuoksi maanviljelijät joutuivat myymään maataan maatalousyrittäjille, mikä laajensi rikkaiden ja köyhien välistä kuilua vieläkin enemmän.
GM-siemenet
Rekombinantti-DNA-tekniikalla yhdistetään organisien geenien yhdistäminen jopa eri lajeista (jotka eivät koskaan luo luonnosta), jolloin syntyisi "siirtogeeninen" eliö. Seksuaalisen lisääntymisen sijasta käytetään kalliita laboratoriotekniikoita geneettisesti muunnetun organismin tai GMO: n luomiseksi. ii
menetelmät:
Geenipistoolit ovat yleisin tapa viedä ulkomaista geneettistä materiaalia monokotiviljelmien, kuten vehnän tai maissin, genomeihin. DNA on sidottu kullan tai volframihiukkasten kanssa, jotka kiihdytetään suurilla energiatasoilla ja tunkeutuvat soluseinään ja kalvoihin, joissa DNA integroituu ytimeen. Haittapuoli on se, että solukudosvaurio voi tapahtua. [Iv]
Agrobakteerit ovat kasviperäisiä, joilla on luonnollinen kyky muuttaa kasvisoluja lisäämällä niiden geenit kasvin isäntiin. Tämä geneettinen informaatio, jota kuljetetaan erillisellä DNA: lla, joka tunnetaan plasmidina, koodaa tuumorin kasvua laitoksessa. Tämän sopeutumisen ansiosta bakteeri saa ravinteita kasvaimesta. Tutkijat käyttävät Agrobacterium tumefaciens vektoria haluttujen geenien siirtämiseksi Ti (tuumori-indusoiva) plasmidin kautta dikotyledonous-kasvin lajikkeisiin, kuten perunoihin, tomaatteihin ja tupakkaan. T-DNA (transformoiva DNA) integroituu kasvi-DNA: han ja nämä geenit ilmentävät sitten kasvi [v]
Mikroinsinöinti ja elektroporaatio ovat muita menetelmiä geenien siirtämiseksi DNA: han, ensimmäisen suoraan ja toisen kautta huokoset. Äskettäin CRISPR-CAS9- ja TALEN-teknologiat ovat nousseet entistä täsmällisemmiksi genomien muokkausmenetelmiksi.
DNA-siirtoja esiintyy myös luonnossa, lähinnä bakteereissa mekanismeilla, kuten transposonien (geneettiset elementit) ja virusten aktiivisuudesta. Tämä on kuinka monta patogeenia kehittyy antibioottienkestäviksi. iv
Kasvien genomeja muutetaan siten, että ne sisältävät ominaisuuksia, joita ei voi esiintyä luonnossa lajissa. Nämä organismit on patentoitu käytettäväksi elintarvike- ja lääketeollisuudessa, muun muassa bioteknologian sovelluksissa, kuten lääkkeiden ja muiden teollisuustuotteiden, biopolttoaineiden ja jätehuollon tuotannossa. ii
Kaupallinen käyttö:
Ensimmäinen "GM" (geneettisesti muunnettu) viljely oli antibioottiresistentti tupakkakasvi, joka oli valmistettu vuonna 1982. Ranskassa ja Yhdysvalloissa rikkakasvien torjuntaan kestävien tupakkakasvien viljelykokeita seurattiin vuonna 1986 ja vuotta myöhemmin belgialainen yritys, joka on geneettisesti muokattu hyönteisten kestävää tupakkaa. Ensimmäinen kaupallisesti myyty GM-elintarvike oli virusherkkää tupakkaa, joka tuli Kiinan kansantasavallan markkinoille vuonna 1992. iv "Flavr Savr" oli ensimmäinen Yhdysvalloissa vuonna 1994 myytävä muuntogeeninen viljelykasvi: kalsium-resistentti tomaatti, jota Calgene kehitti, jota myöhemmin Monsanto osti. Samana vuonna Eurooppa hyväksyi ensimmäisen geneettisesti muokattavan viljelykasvunsa kaupallisessa myynnissä, herbisidiresistenttiä tupakkaa. ii
Tupakan, maissin, riisin ja puuvillan kasveja on muutettu lisäämällä geneettistä materiaalia bakteerista Bt (Basilli thuringiensis) sisällyttämään bakteerin hyönteistenkestävät ominaisuudet. Turpeen mosaiikkiviruksen, muiden taudinaiheuttajien, vastustuskykyä on tuotu papai- ka-, peruna- ja squash-kasveille. 'Round-up Ready' -kasvit, kuten soijapavut, pystyvät selviämään altistumisesta glyfosaattia sisältävälle herbisidille, joka tunnetaan nimellä Round-up. Glyfosaatti tappaa kasveja häiritsemällä niiden aminohappoa syntetisoivia metabolisia reittejä. iv
Kasvien ravinneprofiileja on parannettu ihmisten terveydelle ja eläinten rehuksi. Maat, jotka luottavat siemeniin ja palkokasveihin luonnollisesti puuttuu aminohappoja, tuottavat GM-siemeniä, joilla on korkeampi aminohappoja lysiini, metioniini ja kysteiini. Beta-karoteeniin rikastettua riisiä on otettu käyttöön Aasian maissa, joissa A-vitamiinin puute on tavallinen näkökyky pienten lasten näkökykyyn.
Kasvinviljely on toinen osa geenitekniikasta. Tämä on massatuotettujen kasvien käyttöön tarkoitettuja lääkevalmisteita, kuten rokotteita.Kasveja, kuten thale-kastiketta, tupakkaa, perunaa, kaalia ja porkkanaa, ovat yleisimmin käytettyjä kasveja hyödyllisten yhdisteiden geneettiseen tutkimukseen ja korjuuun, koska yksittäisiä soluja voidaan poistaa, muuttaa ja kasvattaa kudosviljelmissä niin, että niistä tulee massattomia ja erilaistumattomia soluja, joita kutsutaan nimellä känsä. Nämä kallusolut eivät ole vielä erikoistuneet toimintaan, ja ne voivat siten muodostaa kokonaisen kasvin (totipotentiaalinen ilmiö). Koska kasvi on kehittynyt yhdestä geneettisesti muunnetusta solusta, koko kasvi koostuu soluista, joilla on uusi genomi ja jotkut sen siemenistä tuottavat jälkeläisiä, joilla on sama ominaisuus. v
Eettiset keskustelut ja taloudelliset vaikutukset
Vuoteen 1999 mennessä kaksi kolmasosaa kaikista Yhdysvaltain jalostetuista elintarvikkeista sisälsi GM-aineosia. Vuodesta 1996 lähtien muuntogeenisten organismien viljelyala on kasvanut 100-kertaiseksi. GM-tekniikka on johtanut viljelykasvien ja maanviljelijöiden voittojen voimakkaaseen lisääntymiseen sekä torjunta-aineiden käytön vähenemiseen erityisesti kehitysmaissa. ii Kasvigeenitekniikan perustajat, nimittäin Robert Fraley, Marc Van Montagu ja Mary-Dell Chilton, saivat maailman elintarvikepalkinnon vuonna 2013 parantaakseen elintarvikkeiden laatua, määrää tai saatavuutta kansainvälisesti. iv
Muuntogeenisten organismien tuotanto on edelleen kiistanalainen asia, ja maat eroavat patentti- ja markkinointiasioissaan. Esille otetut huolet sisältävät ihmisten käyttöön ja ympäristöön liittyvän turvallisuuden sekä elävän organismin houkuttelevuuden. Cartagenan bioturvallisuuspöytäkirja on kansainvälinen sopimus muuntogeenisten organismien tuotantoa, siirtoa ja käyttöä koskevista turvallisuusmääräyksistä. ii
