Genmodifiserte planter er planter som kunstig  har fått overført et gen fra en annen organisme slik at de har fått endret (modifisert) sin gensammensetning (genom).

Kunstig overførte gener kalles transgener, og genmodifiserte planter kalles derfor også transgene planter.

Genmodifisering gjøres ved hjelp av molekylærbiologiske metoder og er mer effektivt enn krysning og seleksjon som er mer tradisjonelle metoder for å dyrke fram spesielle egenskaper.

Genmodifisering gjøres for å dyrke fram spesielle egenskaper. For eksempel har det bidratt til å dyrke fram korn som tåler ugressmidler og har større motstand mot sykdom, frukt som er mer holdbar og til å gi blomster andre farger.

Genspleisingen bryter de naturlige barrierene mellom arter som naturlig ikke kan krysse seg med hverandre noe som reiser politiske, sosiale, etiske, moralske, økonomiske og vitenskapelige spørsmål.

Mange er usikre på om genmodifiserte organismer kan påvirke helsen til dyr og mennesker, og om de gir utilsiktede og uønskede virkninger på økosystemene.

DNA fra alle organismer har samme kjemiske struktur. Det betyr at plante-DNA kan kobles sammen med DNA fra alle andre organismer, inkludert bakterier og virus.

Gensekvensen fra ett eller flere gener som er satt inn i planten kan komme fra en varietet av samme planteart, fra en nærstående eller fjern planteslekt eller fra en helt annen organismegruppe.

Det er også mulig å lage syntetisk DNA som ikke er kjent fra naturen og sette dette inn i planter. Transgenene koder for enzymer og proteiner som kan gi planten spesielle egenskaper.  

Kombinasjon av gener ved tradisjonell krysning og seleksjon blant avkommet er en tidkrevende og omstendelig prosess, hvor uønskede egenskaper må krysses ut igjen ved gjentatt tilbakekrysning.

Ved hjelp av  genteknologi settes derimot bare de ønskede genene inn i planten. Dette gir mulighet til å overføre spesifikke gener som hadde vært umulig ved tradisjonell krysning.

Mange kulturplanter er polyploide hvor det er spesielt krevende å endre bare noen få av egenskapene ved vanlig krysning.

Genmodifiserte planter har fått endret genetisk sammensetning slik at plantene tåler ugressmidler (herbicider) eller har blitt motstandsdyktige mot insekter eller virus.

Andre nye egenskaper som kan oppnås ved genmodifisering er økt holdbarhet og endret næringsinnhold i frukt, grønnsaker og blomster, redusert strekningsvekst, hannsterile planter eller nye fargekombinasjoner på blomster.

Genmodifiserte planter brukes i forskningslaboratoriene for å studere hvilke gener som bestemmer vekst og utvikling av plantene.

Utvikling av transgene planter har samme formål som tradisjonell planteforedling. Det er å selektere og plukke ut varieteter som gir større avling, har forbedrede egenskaper mot insekter og plantesykdommer, og har økt toleranse for forskjellige typer stress som tørke, oversvømmelse, kulde, varme, og høyt saltinnhold i jorda.

Det er mulig å lage transgene planter som produserer spesielle proteiner som brukes innen medisinsk behandling, eller planter spesielt egnet for industriell produksjon av biodrivstoff eller stivelse

Hermetiske tomater fra den genmodifiserte Flavr Savr var det første genmodifiserte planteproduktet som ble lansert i 1994. Produktet ble trukket tilbake i 1997.

Tanken var å forsinke modningsprosessen samtidig som man beholdt naturlig farge og smak på tomatene. Når tomater modner nedbrytes pektin i celleveggene. Pektin holder på og binder vann, men når det brytes ned blir tomaten  saftig og rennende. De genmodifiserte tomatene var mer tyktflytende grunnet større pektininnhold. Som en ekstra bonus var hermetikkboksene med Flavr Savr større.

Genmodifiserte tomater ble laget med antisens-RNA-teknikk. Enzymet polygalakturonase bryter ned pektin når tomaten modner. Forskerne satte inn et gen fra en annen tomatsort som kodet for polygalakturonase. Man skulle nå forvente at enda mer pektin blir nedbrutt og tomaten blir enda mer flytende siden et ekstra gen er satt inn, men det motsatte skjer. Den genmodifiserte tomaten skrur av sin egen produksjon av polygalakturonase.

DNA inneholder to tråder, kalt sens og antisens. For å kunne lage proteiner i planten kopieres DNA-antisens-tråden til sens-budbringer RNA (mRNA). Antisens-RNA er et transkript komplementært til det endogene mRNA, binder seg til dette og danner dobbelttrådet RNA som ikke blir uttrykt. Derved stopper tomatens egen produksjon av polygalakturonase.

Oppdagelsen av RNA-interferens ble først oppdaget ved innføring av en ekstra kopi av et gen som lager purpurfarge i blomsten i Petunia. Formålet var å få andre fargekombinasjon. Fargen er bestemt av innholdet av forskjellige typer anthocyaniner. Deler av den genmodifiserte petuniablomsten blir mer purpurfarget, som forventet, men det skjer ikke i alle cellene. Andre deler av blomsten blir hvit, hvor genaktiviteten er skrudd ned, i stedet for opp.

Man setter inn gener som man forventer vil få planten til å lage mer anthocyaniner, men det motsatte skjer, blomstene blir delvis hvite og stopper å lage anthocyaniner. Fenomenet med redusert uttrykk av et gen hvis en ekstra kopi av genet blir satt inn kalles kosuppresjon eller RNA-interferens, og skyldes en naturlig mekanisme i planten til å beskyttelse mot fremmed DNA. Restriksjonsenzymene som brukes innen genteknologi  har på samme vis en naturlig  oppgave å beskytte bakteriene mot fremmed DNA fra andre prokaryoter og bakterievirus (bakteriofager).

Ugress i en åker gir redusert avling, og de fleste av verdens kornåkre blir sprøytet med ugressmidler (herbicider) virksomme mot tofrøbladet ugress. Kornslagene hører med til gressfamilien, og kveke i samme plantefamile er et eksempel på ugress som dermed blir vanskelig å fjerne.

Sprøytemiddelet med varemerket Roundup  inneholder virkestoffet glyfosat, og  er et mye brukt systemisk bredspektret ugressmiddel (herbicid) som vanligvis dreper alle planter. Systemiske sprøytemidler spres rundt i hele planten.

Glyfosat hemmer enzymet EPSPS i syntesen av de aromatiske aminosyrene fenylalanin, tyrosin og tryptofan. I tillegg til å inngå i protein bruker plantene disse aminosyrene til å lage en lang rekke innholdsstoffer, inkludert lignin i celleveggene.

Det er laget genmodifiserte Roundup-Ready raps, soyabønner, mais, ris, bomull og  sukkerbete. De glyfosattolerante genmodifiserte plantene inneholder et EPSPS-gen fra bakterier som tåler glyfosat, samt et gen som gjør at planten oksiderer og bryter ned glyfosat.

Ugrasmiddelet glufosinat (fosfinotricin) har kjemisk likhet med aminosyren glutamat og hemmer enzymet som assimilerer (binder) nitrogen i form av ammonium inn i organiske forbindelser i plantene. Derved blokkeres nitrogenassimilasjonen, og plantene dør av nitrogenmangel. Fosfinotricin ble opprinnelig isolert og oppdaget i en  slekt aktinobakterier, Streptomyces, som kan lage mange hundre forskjellige typer antibiotika. Et av dem er  bialafos som inneholder fosfinotricin. Noen bakterier kan avgifte fosfinotricin ved acetylering, og bar-genet fra bakterier som koder for dette enzymet er satt inn i planter. Genmodifiserte planter med bar-genet som tåler å bli sprøytet med glufosinat selges under varemerket Librty Link.

Genmodifisering skjer ved å gripe inn i  biosynteseveier som er spesifikke for plantene slik at  stoffskiftet hos mennesker blir minst mulig påvirket. Det er de samme firmaene som lager sprøytemidlene som også selger de genmodifiserte plantene. De nevnte herbicidene dreper alle plantene bortsett fra dem som inneholder en genmodifisering.

Bakterien Bacillus thuringiensis lager et naturlig krystallprotein, Bt-toksin,  kodet av cry-gener. Denne bakterien brukes til naturlig bekjempelse av insektlarver innen økologisk landbruk. Imidertid er det også  blitt laget genmodifiserte planter med cry-gen hvor hele planten lager Bt-toksin, for eksempel Bt-mais og Bt-bomull. Et av ankepunktene mot genmodifiserte Bt-planter er at Bt-toksin  også kan  drepe larver av nytteinsekter og pollinatorer. Det har blitt uttrykt bekymring om hvorvidt kontinuerlig påvirkning av Bt-toksin virker som et kontinuerlig seleksjonspress og gir insekter med toleranse for Bt-toksin.

F1-hybrider lages ved å krysse to rene høytytende foreldrelinjer med gode egenskaper. F1-hybriden får bedre egenskaper enn begge foreldrene, kalt heterose, krysningsfrodighet eller hybridstyrke, et fenomen studert av Darwin. Det er en arbeidskrevende prosess å lage F1-hybrider siden hannblomstene må fjernes ved emaskulering hos den ene foreldrelinjen. En annen metode er å bruke hannsterile planter. Hybridmais kan lages ved bruk av naturlige hannsterile planter.  En ny metode er å lage genmodifiserte hannsterile planter basert på proteinkomplekset  barnase (en ribonuklease) og barstar fra bakterien Bacillus amyloliquefaciens. Hybridfrø er ofte kostbart, og fordelen for frøprodusentene er at det må kjøpes nytt frø hvert år, med tilsvarende ulempe for bøndene.  

Vanlig stivelse består av amylose, og en greinet form av stivelse kalt amylopektin. Til industriell bruk har amylopektin bedre egenskaper enn amylose. Når stivelse oppvarmes i vann endres den krystallinske strukturen og danner viskøse kjeder. Når temperaturen blir lavere blir væsken til en stiv gel og stivelsen virker som fortykningsmiddel. Tidligere ble amylopektin produsert fra waxy-mutanter av mais, men ingen vekst gir større avling per arealenhet enn poteter, og produksjonen av amylopektin kan økes betydelig med genmodifisert waxy-potet. Waxy-mutanter er også kjent fra ris, og gir en spesielt klebrig ris mye brukt i Asia. Amflora er en genmodifisert potet som lager stivelse med bare amylopektin, og ble i 2010 godkjent for bruk i Europa.  Poteter er tetraploide og uten genteknologi ville det vært svært vanskelig å lage denne potettypen.

Gylden ris (Golden Rice) inneholder gulfarget betakaroten i opplagsnæringen. Genmodifisert ris har fått satt inn to ekstra gener i syntesen av beta-karoten , et gen fra en bakterie og et fra påskelilje. Betakaroten er provitamin A og brukes til å lage synspigmentet retinal i vårt øye. For mennesker som lever ensidig av ris er tanken å gi tilførsel av vitaminer.  Et av ankepunktene mot de genmodifiserte plantene er gener for antibiotikaresistens som brukes til å selektere og plukke ut de transformerte plantene. I gylden ris har man etter bruk fjernet antibiotikaresistensgenene. Noen hevder at gylden ris blir brukt som en trojansk hest for introduksjon av genmodifiserte planter på steder hvor det generelt er stor skepsis mot genmodifiserte planter.

Den grønne revolusjonen med utviklingen av korte sorter av hvete var basert på å endre aktiviteten til gener involvert i strekningshormonet gibberellin. Ved genmodifiseringen er det mulig å lage korte planter uten tidkrevende krysning. Etylen er et plantehormon som fremskynder aldring. Ved å blokkere for etylenvirkning kan genmodifiserte blomster og grønnsaker få økt holdbarhet. Planter er utsatt for angrep av sopp og mange av soppmidlene (fungisider) som brukes i land- og hagebruk er svært giftige. Det arbeides med å utvikle genmodifiserte planter som er resistente mot soppsykdommer, og formålet er å redusere bruk av giftige spørytemidler. Mot virussykdom finnes det ikke noe sprøytemiddel og den eneste måten  å beskytte seg mot disse er planter med resistensgener.

Genspleisingen bryter de naturlige barrierene mellom arter som naturlig ikke kan krysse seg med hverandre.

Kommersiell bruk av genmodifiserte organismer (GMO) er forbundet med mange spørsmål, hensyn og utfordringer, det være seg økolgiske, politiske, sosiale, etiske, moralske, økonomiske, vitenskapelige og helsemessige.

Noen av de positive argumentene for genmodifiserte planter er at de kan lages raskere og mer målrettet enn ved tradisjonell krysning. De kan også gi redusert bruk av svært giftige spørytemidler.

Mange er usikre på om genmodifiserte organismer kan påvirke helsen til dyr og mennesker, og om de gir utilsiktede og uønskede virkninger på økosystemene.

Et generelt problem er at  de genmodifiserte plantene virker som et seleksjonspress som gir endringer i økosystemene ved biologisk evolusjon. 

Andre bekymringer har vært utvikling av ”superugress” som ikke lar seg drepe av vanlige sprøytemidler, og redsel for spredning av gener for antibiotikaresistens. Man har også lurt på om de genmodifiserte plantene kan inneholde proteiner som kan gi allergiske reaksjoner

Hybridisering med ville slektninger, og i de tilfeller hvor hybriden setter frø og levedyktig avkom er et av problemområdene. Pollen fra genmodifiserte planter kan spre seg over lange avstander. Hvis slikt pollen gir krysning og levedyktig avkom er det  vanskelig å holde avlinger og produkter fra genmodifiserte planter atskilt fra de ikke-genmodifiserte. Transformerte kloroplaster er av spesiell interesse siden disse vanligvis nedarves via morplanten, og transgenet blir således ikke spredd med pollen.

Flere saker har bidratt til forbrukerskepsis

  • Quist-Chapela-affæren: En studie av  mais i Mexico (2001) viste spor av genmanipulert mais til tross for at dette var forbudt i Mexico. Man frykter at genmanipulert mais vil ødelegge den store variasjonen av arter mais. Funnet ble tolket som at genmanipulerte planter spres over store avtander.
  • Monsantos terminator-teknologi,
  • Pusztai-affæren (1999),
  • StarLink-mais (2000)
  • merkebestemmelsene for genmodifisert materiale

Et annet problemområde er patentlovgivning, lov om foredlerrett, og rettigheter for sortsinnehavere av såkorn (UPOV1991). Det er store kommersielle interesser tilknyttet frøproduksjon, sprøytemidler og gjødsel. Noen av momentene er at det må betales avgift til rettighetshaverne til såkorn, det kan ikke tas såkorn fra egen avling, og frøprodusentene vil gjerne at det skal kjøpes nytt såkorn hvert år.

Det finnes flere metoder for å få fremmed DNA inn i planter.

Første trinn er å isolere genet som skal settes inn i planten. Det isolerte genet plasseres i en genkonstruksjon sammen med en reguleringssekvens (promoter) som gjør at genet uttrykkes,  og en termineringssekvens som stopper transkripsjonen på riktig sted. Kloningsvektorene som bringer genkonstruksjonen inn i plantene inneholder et restriksjonssete hvor transgenet blir satt inn via genspleising. Restriksjonsenzymer kutter i nukleoidsekvensen, og enzymet DNA-ligase limer sammen sekvenser. Genkonstruksjonen blir overført til et plasmid eller DNA-vektor (genbærer) som deretter oppformeres i en bakterie. En kloningsvektor er ofte et plasmid, et lite stykke DNA som inneholder nødvendig informasjon til å kunne bli oppformert i bakterieceller.

Det rekombinante DNA tas opp  i kompetente bakterieceller. Molekylær kloning vil si å oppformere like sekvenser med rekombinant DNA.

Stedet hvor transgenet blir satt inn i plante-DNA kan være tilfeldig, og det samme gjelder antall kopier av genet. Man trenger en markør for å finne igjen de plantecellene som har fått satt inn i genomet den eller de genene man ønsker. Til dette brukes markørgener som gir resistens (toleranse) mot antibiotika (som kanamycin) eller ugressmidler (glyfosat, glufosinat), slik at man kan identifisere de transformerte plantene.Bare de plantecellene som har fått satt inn transgenet overlever.

Transformerte genmodifiserte planter med rekombinant DNA blir laget med hjelp av et modifisert Ti-plasmid fra bakterien Agrobacterium tumefaciens. Dette er en bakterier som lever i jord og gir sykdommen krongalle når bakterien kommer inn i sår på planter. Bakterien inneholder et sirkulært DNA-fragment, Ti-plasmid (tumorinduserende plasmid) med et stykke T-DNA (trasport-DNA) som naturlig transformerer  planter og blir tilfeldig satt inn i kjernegenomet når bakterien kommer inn i sår i planten. T-DNA kan i laboratoriet kobles sammen med gener som man ønsker skal inn i planten. Med et binært vektorsystem har man to plasmider, en med virulensgener og en som inneholder T-DNA med innspleiset DNA

En annen metode å få fremmed DNA inn i planter er å bombardere plantedeler med mikroskopiske partikler med gull eller wolfram dekket av DNA. DNA-kulene skytes med en partikkelkanon med høyt trykk, gjennom celleveggene og plasmamembranen. Inne i cellene frigjøres DNA som blir rekombinert med plantens eget DNA.

Teknikken er særlig brukt hos enfrøbladete planter siden det binære vektorsystemet med T-DNA er mest virksom til å transformere tofrøbladete planter. 

Ved elektroporering blir celler og DNA plassert i et elektrisk felt som åpner porer i plasmamembranen slik at DNA kommer inn i cellene.

Ved mikroinjeksjon fører man DNA-fragmenter eller plasmider inn i cellene via en kanyle bestående av et tynt glassrør.

CRISPR (klynge regulert-spredt korte repeterte palindromsekvenser, uttales krisper) / Cas9 (CRISPR assosiert protein 9)  beskytter bakterier og arkebakterier mot fremmede nukleinsyrer fra  bakteriofager (virus som angriper bakterier) eller uønskede plasmider (sirkulære nukleinsyrer som ikke er en del av bakterienes ordinære kromosom). CRISPR/Cas9 er en del av bakterienes ervervede immunsystem som de anvender for å kjenne igjen tidligere nukleinsyreangrep. De repeterte palindromene er atskilt av korte ikke-kodende sekvenser som har opprinnelse fra tidligere bakteriofagangrep. CRISPR/Cas9  kutter de fremmende nukleinsyrene i mindre biter og uskadeliggjør dem.

Systemet har store likhetstrekk med RNA-interferens (RNAi) hos eukaryoter. Cas9 er en RNA-styrt DNA-endonuklease som bryter fosfor-diesterbindinger i nukleinsyrer. Cas9 tvinner opp det fremmede DNA og undersøker om det har likhetstrekk med kjente nukleotidsekvenser fra bakteriofager bakterien har vært i kontakt med. Har det likhetstrekk med de komplementære RNA-styrte sekvensene, så kutter enzymet bakteriofag-DNA i biter på spesifikke steder.

Bakterienes forsvarssystem CRISPR/Cas9, oppdaget i 1987 tarmbakterien Escherichia coli, seinere isolert fra streptokokkbakterien Streptococcus pyogenes, har blitt molekylærbiologenes nye verktøy for med stor presisjon å kunne modifisere DNA fra levende celler i bakterier, sopp, dyr og planter.

Det kan lage brudd i i begge DNA-trådene på steder bestemt av RNA-styringssekvensen, det kan lage mutasjoner, eller med rekombinasjon kan man sette inn nye gener i en organisme ved bruddstedet. Cas9 kan også bli brukt til å identifisere bestemte deler av genomet hvor det binder seg, men ikke kutter i nukleotidsekvensen.  

Promotoren CaMW35S fra blomkålmosaikkvirus er mye brukt som transkripsjonsstart for transgenet. Det er funnet en rekke vevsspesifikke promotere som gjør at man kan få transgener uttrykt i bare bestemte deler av planten.

De genmodifiserte plantene må videreforedles via tradisjonelle metoder for å få homozygote rene linjer som inneholder stabile transgener. Metodene som brukes til å lage genmodifiserte planter blir stadig bedre og mer effektive, bl.a. ved homolog rekombinasjon via Cre/lox eller CRISPR/Cas9-systemet

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

13. november 2015 skrev Matthias Sund Askerud

jeg hadde nettopp en muntlig fremføring om genmodifiserte planter. jeg brukte mye fra denne artikkelen og skrev selfølgelig kilder.
tusen takk artikkelen jeg fikk en 6 :)

13. november 2015 svarte Kjell-Olav Hovde

Tommel opp. Hilsen Kjell-Olav i redaksjonen.

17. februar skrev Matthias Sund Askerud

På genteknologiske metoder står det ikke hva de 2 første metodene heter. Hva heter de egentlig? og brukes mikroinjeksjon og elektroporering samtidig? og hvis ikke, hvordan gir man DNA når porene er åpne?

18. februar svarte Halvor Aarnes

Hei
Den første metoden beskrevet baserer seg på bruk av Ti-plasmidet fra bakterien Agrobacterium tumefasciens som gir krongalle når den kommer inn i sår på planter. Ti-plasmidet inneholder en sekvens kalt T-DNA som blir satt i plantens eget DNA. Ved å lage kunstige Ti-plasmider med T-DNA og innskjøtt gen som man vil ha inn i planten.
Den andre metoden baserer seg på partikkelbombardering hvor DNA blir festet til tungmetaller (gull, platina, wolfram, palladium, rhodium, indium), og partiklene får høy nok kinetisk energi til å komme igjennom celleveggen. Ved elektroporering plasserer man plantecellene og DNA som man ønsker inn i plantecelle i et elektrisk felt. Det elektriske feltet lager små hull i membranen som DNA kan komme igjennom. Ved mikroinjeksjon bruker man et mikroskop og tynt glassrør til å injisere DNA inn i cellene. Elektroporerer og mikroinjeksjon er to forskjellige teknikker. Jeg forsøkte å rette overskriftene, så kanskje dette ble litt klarere.
Med vennlig hilsen
Halvor Aarnes

19. februar svarte Matthias Sund Askerud

Tusen takk. Det hele er mye mer forståelig nå. God side, jeg ser du vet hva du driver med, Biologi 2 er ikke et enkelt fag... Nå kan jeg få min første 4-er i faget, forhåpentligvis.

19. februar skrev Halvor Aarnes

Du har helt rett, Biologi er et meget omfattende og krevende fag, og det eneste som nytter er trofast lesing, og at du også tar i bruk flere kilder enn læreboka, Ønsker deg alt godt videre.
Med vennlig hilsen
Halvor Aarnes

Har du spørsmål til artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.