Swego czasu kilka osób zwróciło się z prośbą o przygotowania jakiegoś porównania metod wykorzystywanych w hodowli roślin z transformacją genetyczną. Chciałbym uspokoić, że pamiętam o tej prośbie. Niemniej, przygotowanie takiego porównania wymaga dużo czasu i zgromadzenia wielu informacji o różnych technologiach często bardzo się różniących. Dziś takie zestawienie zaprezentuję.
Muszę od razu przyznać się, że nie ja jestem autorem tego zestawienia. Zostało ono przygotowane przez prof. Kevina M. Folta, naukowca z Florydy. Porównanie metod otrzymywania nowych odmian roślin umieścił na swoim blogu, do którego odsyłam po szczegóły. Zestawienie to jest napisane w języku angielskim i przedstawione w formie tabeli. Pozwoliłem sobie na przetłumaczenie jej na język polski i zaprezentowanie czytelnikom GMObiektywnie.
W tabeli zestawiono krótkie informacje o najpowszechniej stosowanych technikach hodowli. Wśród nich:
– Krzyżowanie,
– Poliploidyzacja – duplikowanie lub dodawanie całych genomów,
– Mutageneza – wywoływanie mutacji DNA za pomocą promieniowania jonizującego lub chemii,
– Krzyżowanie międzygatunkowe,
– Transgeneza – umieszczanie w roślinie zrekombinowanych genów = GMO,
– Cisgeneza – umieszczanie w roślinie genów pochodzących od tego samego gatunku lub blisko spokrewnionego.
Za twórcą zestawienia chciałbym zwrócić Państwa uwagę na:
– Liczbę genów zaangażowanych w każdej z technik,
– Czy możemy określić funkcję wprowadzanego genu oraz jego miejsce w genomie,
– Czy dana technologia jest akceptowana przez rolników organicznych – a jeśli nie to jakie mogą być ku temu przesłanki?
– Czy produkty wymagają znakowania,
– Ile czasu pochłaniają prace nad nowymi odmianami.
Powtórzę również pytania stawiane przez autora:
– Która z technologii wydaje się być najbardziej precyzyjna?
– Która z technologii jest najbardziej zrozumiana a jej skutki najbardziej przewidywalne?
– Czy zdawali sobie Państwo sprawę, że od lat spożywają genetycznie zmienione/zmodyfikowane pożywienie?
Polecam również lekturę publikacji, w których porównywano odmiany transgeniczne z konwencjonalnymi.
1. Gene expression profiles of MON810 and comparable non-GM maize varieties cultured in the field are more similar than are those of conventional lines,
2. Transgenesis has less impact on the transcriptome of wheat grain than conventional breeding,
3. Effect of transgenes on global gene expression in soybean is within the natural range of variation of conventional cultivars,
5 lipca o godz. 8:51 1797
Panie Wojtku,
rewelacyjny materiał! Dzięki za włożoną pracę i przygotowanie.
Pozdrawiam
14 kwietnia o godz. 15:50 32313
Taka drobna uwaga do przedstawionej tabeli, w miejscu, gdzie jest mowa o liczbie genów zaangażowanych w tworzenie nowej odmiany, za pomocą poszczególnych technik. Pierwsza sprawa to same liczby, jakie występują przy „krzyżowaniu”, „poliploidyzacji” i „krzyżówkach międzygatunkowych”. Według obecnych badań nad sekwencjonowaniem genomów roślinnych, szacuje się, że liczba genów u roślin wyższych mieści mniej więcej między 25 000 a 45 000. Podane zatem liczby 300 lub nawet 800 tyś genów są grubo przeszacowane. Po prostu tylu genów nie ma w genomach.
Poza tym, twierdzenie, że w stworzenie nowej odmiany za pomocą metod tradycyjnych, zaangażowanych jest kilkadziesiąt tysięcy genów tez jest nieco mylące. Tworząc w ten sposób nową odmianę, często „wkrzyżowuje się” w tło genetyczne dobrze plonującej odmiany dodatkowe geny (a precyzyjniej, ich określone wersje – allele), które warunkują nową jakość, na przykład odporność na choroby. Czyli tak na prawdę, o nowej odmianie decyduje kilka genów. Jeśli dodatkowo weźmiemy pod uwagę nieco innej jakości interakcje, jakie mogą zachodzić w genomie po wprowadzeniu nowych alleli, możemy tą liczbę zwiększyć do kilkudziesięciu genów. Raczej nie będą to wszystkie geny, jakie znajdują się genomach krzyżowanych odmian, co sugeruje autor tabeli.
Podobnie ma się rzecz z mutagenezą. Bezpośrednio po jej przeprowadzeniu faktycznie nie wiemy ile genów zmutowało, ale możemy wyselekcjonować formy o ciekawych cechach. Problem w tym, że takie mutanty zwykle znacznie gorzej plonują od swojej formy wyjściowej, a pożądaną cechę znów najczęściej prowadza się do dobrze plonujących odmian metodami krzyżowania.
Można by się jeszcze przyczepić do tego, czy znamy funkcje genów i ich lokalizację w genomie, jeśli stosujemy tradycyjne techniki – dziś często takie informacje są już dostępne, choć nie są one niezbędne, do tego, żeby nową odmianę stworzyć.
Ogólnie rzecz biorąc autor tabeli trochę za bardzo nagiął zagadnienie – być może chciał pokazać, że skoro nie boimy się tych tysięcy genów, to dlaczego mielibyśmy się bać tylko kilku. Niestety takie uproszczeni może czytelników wprowadzać w błąd.
14 kwietnia o godz. 17:19 32316
@Aga
„Według obecnych badań nad sekwencjonowaniem genomów roślinnych, szacuje się, że liczba genów u roślin wyższych mieści mniej więcej między 25 000 a 45 000. Podane zatem liczby 300 lub nawet 800 tyś genów są grubo przeszacowane. Po prostu tylu genów nie ma w genomach.”
W przypadków diploidalnych gatunków rzeczywiście jest jak Pani mówi. Niech Pani jednak zwroci uwagę, że liczne zboża/rośliny użytkowe są często poliploidami. I tak heksaploidalna pszenica ma od 164 000 do 334 000 genów. Gdy krzyżujemy dwie odmiany pszenicy możemy osiągnąć liczbę 700 000 genów zaangażopwanych w proces krzyżowania.
„Poza tym, twierdzenie, że w stworzenie nowej odmiany za pomocą metod tradycyjnych, zaangażowanych jest kilkadziesiąt tysięcy genów tez jest nieco mylące. Tworząc w ten sposób nową odmianę, często „wkrzyżowuje się” w tło genetyczne dobrze plonującej odmiany dodatkowe geny (a precyzyjniej, ich określone wersje – allele), które warunkują nową jakość, na przykład odporność na choroby. Czyli tak na prawdę, o nowej odmianie decyduje kilka genów. „
Ma Pani rację. Krzyżowanie polega tak naprawdę, na przeniesieniu cechy (genu/genów) z jednej odmiany do drugiej. Nie zmienia to jednak faktu, że w samym procesie krzyżowanie uczestniczą wszystkie geny (jakoby przy okazji). Więc nie jest błędne twierdzenie, że tyle genów jest zaangażowanych w proces.
„Podobnie ma się rzecz z mutagenezą. Bezpośrednio po jej przeprowadzeniu faktycznie nie wiemy ile genów zmutowało, ale możemy wyselekcjonować formy o ciekawych cechach. Problem w tym, że takie mutanty zwykle znacznie gorzej plonują od swojej formy wyjściowej, a pożądaną cechę znów najczęściej prowadza się do dobrze plonujących odmian metodami krzyżowania.”
Tez ma Pani rację choć nie do końca. Owszem staramy się, jak przy krzyżowaniu daną nową cechę przenieść do sprawdzonej odmiany. Tylko, że przy okazji przenosimy wiele innych genów, czasem w ogóle nie wiedząc które z nich zostaną usunięte w wyniku krzyżowania wstecznego, a które nie.
„tradycyjne techniki – dziś często takie informacje są już dostępne, choć nie są one niezbędne, do tego, żeby nową odmianę stworzyć.”
Owszem, techniki nam się udoskonalają. Możemy stosować hodowlę wspomaganą markerami, szukać QTL-ów, dochodzi sekwencjonowanie, w przypadku mutagenezy mamy TILLING (obiecująca metoda). Wszystko to sprawia, że proces hodowlany jest szybszy i bardziej precyzyjny, jednak w większości przypadku nadal nie wiemy jaki konkretnie gen odpowiada za daną cechę, a to dlatego, że takie cechy jak plon zwykle podlega regulacji przez wiele genów.
„Ogólnie rzecz biorąc autor tabeli trochę za bardzo nagiął zagadnienie – być może chciał pokazać, że skoro nie boimy się tych tysięcy genów, to dlaczego mielibyśmy się bać tylko kilku. Niestety takie uproszczeni może czytelników wprowadzać w błąd.”
Znów ma Pani rację. Tabelka jest uproszczona, choć dla wielu i tak zbyt zawiła 😉 Tego typu zestawienia nie da się moim zdaniem inaczej pokazać i uważam, że nie wprowadza czytelnika w błąd.
24 kwietnia o godz. 19:30 32776
@ Wojciech Zalewski
„W przypadków diploidalnych gatunków rzeczywiście jest jak Pani mówi. Niech Pani jednak zwroci uwagę, że liczne zboża/rośliny użytkowe są często poliploidami. I tak heksaploidalna pszenica ma od 164 000 do 334 000 genów. Gdy krzyżujemy dwie odmiany pszenicy możemy osiągnąć liczbę 700 000 genów zaangażowanych w proces krzyżowania”
Podając liczbę genów faktycznie oparłam się o dane dotyczące gatunków diploidalnych – słusznie Pan zwrócił na to uwagę – choć nadal będę bronić twierdzenia, że genów w genomach jest jednak mniej, nawet u gatunków poliploidalnych. Nie tak dawno pojawiła się praca dotycząca sekwencjonowania genomu heksaploidalnej pszenicy, gdzie liczbę genów szacuje się na 94-96 tysięcy (Brenchley i inni, 2012. Analysis of the bread wheat genome using whole-genome shotgun sequencing. Nature 491: 705–710).
Jak widać, nowe prace przynoszą nowe szacunki, które pewnie jeszcze będą się zmieniać i być może przekierują podobne do tej dyskusje na zupełnie nowe tory :-).
Natomiast przestrzegałabym przed mnożeniem liczby genów razy dwa, jeśli myślimy o krzyżowaniu dwóch odmian roślin. Jeśli nawet każda odmiana jest poliploidalna i ma powiedzmy 100 tyś. genów, to potomstwo z takiej krzyżówki też będzie miało 100 tyś. genów. Ale oczywiście może posiadać inne kombinacje alleli dla każdego genu niż odmiany rodzicielskie. Gdyby z pokolenia na pokolenie dochodziło do podwaja się liczby genów, to wszyscy mielibyśmy dość spore problemy :-).
Jedyny przypadek kiedy faktycznie może dochodzić do zwiększania liczby genów podczas krzyżowania, dotyczy krzyżowania międzygatunkowego – wtedy najczęściej mamy do czynienia z tworzeniem poliploidów, co pociąga za sobą zwiększenie liczby genomów i genów.
Rozumiem, że zadaniem Pana bloga jest odmitologizowanie GMO – wszystkie rzetelne dane naukowe jakie do tej pory mamy, wskazują, że takowa żywność nie jest szkodliwa. Niemniej jednak, czytając postawione w artykule różne pytania, mam wrażenie, że są one nieco tendencyjne – deprecjonują trochę zarówno skuteczność, jak i precyzję tradycyjnych metod hodowli. Moim zdaniem niesłusznie. Ale być może odzywa się tu moja skłonność do szukania dziury w całym, a intencja autora tych pytań była całkiem niewinna :-).
24 kwietnia o godz. 22:37 32786
@Aga
„Gdyby z pokolenia na pokolenie dochodziło do podwaja się liczby genów, to wszyscy mielibyśmy dość spore problemy”
Prawda! Głupia pomyłka.
Ma Pani rację, można dyskutować o tym zestawieniu. Mam jednak wrażenie, że autorowi zależało na tym by „dać do myślenia” na temat tego czym są dzisiejsze odmiany uprawiane w rolnictwie.