Bibliografiska uppgifter för
Att genmodifiera en växt - hur går det till?
Tidskrift/serie Forskningsnytt om økologisk landbruk i Norden
Utgivare
Sveriges lantbruksuniversitet (SLU)
Redaktör
Ullvén K.
Utgivningsår 2005
Nr/avsnitt
3
Författare
Eriksson D.
Huvudspråk
Svenska
Målgrupp
Rådgivare, praktiker
Nummer
(ISBN, ISSN) ISSN 1400-8688
FORSKNINGSNYTT • Nr 3 • 2005
Att genmodifiera en växt – hur går det till?
Genmodifiering har på senare år blivit ett begrepp inom växtförädlingen. Detta har
gett upphov till många kontroverser, som inte bara har med växtens genetiska
profil att göra utan även handlar om ekologi, ekonomi, hälsa, ideologi och i
slutänden politik. Men vad är egentligen en genmodifierad växt? Denna text
berättar hur det går till att framställa en genmodifierad planta.
Genteknikens intåg
förståelsen ska jag först kort beskriva
uppbyggt av DNA samt organiserat i
i växtförädlingen
vad gener och DNA är för något.
gener. Grundförutsättningen för den moderna gentekniken är att gener kan flyt-
Det senaste årtiondet har många växtförädlare börjat använda tekniker för att han-
Vad är en gen?
tera och modifiera enskilda gener. Dessa
Det finns gener i
tekniker är molekylärbiologiska verktyg
cellerna hos alla le-
som kan fungera som komplement till
vande organismer
traditionell växtförädling. Teknikerna för
på vår jord; i såväl
Att hantera gener
genmodifiering (GM) är dock till stor del
växter och encelliga
På 1960- och 1970-talet utvecklades
obekanta för många lekmän och person-
bakterier som män-
många tekniker för att arbeta med DNA
ligen tror jag att detta kan vara en av
niskor. Redan 1944
och isolera enskilda gener. En viktig upp-
orsakerna till den utbredda skepsisen
visade Avery att det
täckt gjordes 1970 då man hittade ett
bland allmänheten mot GM-grödor.
genetiska materialet – arvsmassan – be-
enzym som ”klipper” en DNA-sträng
fosfat
tas mellan olika arter och ändå fungera,
socker
bas
det vill säga fortsätta koda för sitt protein.
står av DNA. Nio år senare beskrev Wat-
vid en specifik, kort sekvens. Detta så
Det finns många metoder som ryms inom
son och Crick den molekylära struktur-
kallade restriktionsenzym finns normalt
begreppet GM, men den som folk fram-
en av DNA och detta innebar ett stort
i bakterier där det används som skydd
förallt tänker på och den som mest bidra-
genombrott i utvecklingen av den mo-
mot virusinfektioner. Det finns nu flera
git till kontroversen kring GM-grödor är
derna gentekniken. Enligt deras modell
hundra olika restriktionsenzym som
transgenetiken, där man bryter art-
består DNA av två parallella, spiral-
klipper vid olika DNA-sekvenser och
barriären och överför en eller flera gener
formade ”ryggrader” av socker- och
med dessa kan man med stor noggrann-
mellan vitt skilda organismer. Ett exem-
fosfatmolekyler på vilka de fyra bas-
het klippa ut precis den gen man vill
pel är Bt-grödorna, där man har fört in
molekylerna adenin, cytosin, guanin och
använda i sitt experiment. Några år tidi-
en gen från bakterien Bacillus thuringien-
tymin (A, C, G och T) sitter. Det är sek-
gare hade man även upptäckt ett enzym
sis som producerar ett insektsgift och på
vensen, det vill säga den inbördes ord-
som kan användas för att ”klistra ihop”
så sätt gjort grödorna resistenta mot vissa
ningen hos dessa baser, som avgör vil-
DNA-strängar, ett så kallat ligas, och nu
insekter. En annan metod att genmodi-
ken genetisk information som DNA-mo-
låg vägen öppen för att bygga precis de
fiera växter är när man på olika sätt på-
lekylen innehåller. En gen är en avgrän-
DNA-sekvenser och genkombinationer
verkar växtens egna gener. Man kan till
sad bit av en DNA-sträng, från några
man ville ha. Nu ska påpekas att DNA
exempel ”stänga av” en gen. Ett exem-
tusen upp till ett par miljoner baser lång,
naturligtvis är alldeles för litet för att
pel på detta är Flavr Savr-tomaten som
vars unika bas-sekvens används för att
man ska kunna hantera enstaka mole-
marknadsfördes 1994 av ett amerikanskt
bygga upp ett eller flera protein. Man
kyler. I en enda droppe kan det finnas
företag. Man hade i dessa tomatplantor
säger att genen ”kodar för” ett protein.
många miljoner molekyler och därför
stängt av en gen som är inblandad i mog-
Med protein menas här en produkt som
måste det finnas något sätt att mångfal-
naden av frukterna, vilket gav tomater
uppfyller en viss funktion i eller utanför
diga den DNA-sekvens man jobbar med.
med bättre hållbarhet.
cellen, till exempel som enzym eller sig-
För detta använder man oftast bakterien
nalsubstans.
Escherichia coli. Denna, liksom de flesta
andra bakterier, bär på cirkulära DNA-
I denna artikel vill jag beskriva några av
de tekniker som används för att gen-
Samtliga levande organismer har alltså
molekyler som kallas plasmider. Med
modifiera växter. Men för att underlätta
ett genetiskt material som på detta sätt är
hjälp av restriktionsenzymer och ligas
4
FORSKNINGSNYTT • Nr 3 • 2005
kan man föra in sin gen i en sådan plas-
I och med att bakteriens egna gener är
metoden och redan 1997 hade över 120
mid. När man sedan odlar bakterien i en
borttagna så utvecklas dessutom inte
olika växtarter blivit transformerade på
näringsrik lösning så kommer den att
sjukdomen som bakterien normalt ger
detta sätt.
dela sig och då även kopiera plasmiden,
upphov till i växten.
Vävnadsodling och selektion
vilket gör att alla nya bakterier kommer
att innehålla den införda genen. Däref-
Andra tekniker för
När man behandlar växtmaterial för att
ter kan man utvinna DNA:t ur bakte-
transformering av växter
transformera det så är det alltid bara en
rierna och fortsätta modifiera genen, som
Under 1980-talet testades även många
del av växtcellerna som tar upp den
nu finns i miljoner kopior.
andra tekniker för att transformera väx-
främmande genen. För att få plantor där
ter. Man provade bland annat direkt
samtliga celler innehåller den främ-
Genvägen in i växten
överföring av DNA genom mikroinjek-
mande genen så jobbar man därför of-
Ett genombrott inom växtbioteknik kom
tion, elektroporering (behandling med
tast med delar av växten, till exempel
1983 då man för första gången lyckades
kort elektrisk puls) av växtcellerna, över-
blad, stjälkdelar eller rötter, som man
framställa en transgen växt. Man använ-
föring av DNA till protoplaster (växtc-
efter behandling regenererar nya, hela
de sig av en jordlevande bakterie, Agro-
eller utan cellvägg) samt transformering
plantor från. Det kan man göra genom
bacterium tumefaciens, som har en natur-
med partikelkanon, även kallad biolis-
att odla växtdelarna på ett medium som
lig mekanism för att föra över gener till
tik. Av alla metoder var det bara biolis-
innehåller olika växthormoner, till ex-
växter. Man har länge känt till att denna
tik som var jämförbar med A. tumefaciens
empel cytokinin och auxin, som styr till-
bakterie orsakar sjukdomen ”crown gall
i effektivitet. Denna metod går ut på att
växten av växtceller. Om man alltså
disease” hos växter, men det var inte
man täcker små metallpartiklar med
lyckas få en transformerad växtcell att
förrän på 1970-talet som man upptäckte
DNA och bokstavligen skjuter in DNA:t
börja dela sig och utveckla en ny planta
att sjukdomen orsakades av att bakte-
i växtcellerna. Transformering med A.
så kommer samtliga celler i denna planta
rien överförde sina gener till växten. Hur
tumefaciens är dock den mest använda
att vara transformerade. Detta är viktigt
går då denna genöver-
om man vill att det transgena anlaget
föring till? Jo, A. tumefaciens
bär på en speciell plasmid
ska finnas i hela plantan, men även för
Resistensgen/önskad gen
som kallas Ti-plasmid och
Agrobacterium tumefaciens
mer att vara transformerade och trans-
”Klippa och klistra”
innehåller flera gener som
att pollen och fröceller garanterat komgenen då kommer att föras vidare till
är inblandade i överfö-
nästa generation.
ringen till växten. En liten
avgränsad del av denna
Men hur kan man då veta att det är just
plasmidmolekyl inkorporeras i växtcellens DNA vid
de transformerade cellerna som regenererar nya plantor, och inte de otransfor-
Transformering
en infektion. Man lyckades
identifiera två korta DNA-
Odling av celler
Otransformerade celler
selekteras bort
merade? Jo, för det så krävs någon form
av selektion av cellerna. Denna selektion
sekvenser i plasmiden som
görs ofta med hjälp av en gen som gör
avgränsar just den delen av
cellerna resistenta mot ett antibiotikum
plasmiden som överförs till
som normalt dödar eller försvagar växt-
växten. Det intressanta är
cellerna. Denna resistensgen för man in
att man kan plocka bort
tillsammans med sin önskade gen. När
Regenerering av nya plantor
bakteriens egna gener som
man sedan odlar alla celler på ett me-
sitter mellan dessa ”grän-
Transformerade celler
ser” och istället sätta in vil-
ler detta antibiotikum så är det endast de
ken gen som helst, utan att
överföringsmekanismen
påverkas. När man sedan
dium som, förutom hormoner, innehåltransformerade cellerna som kan växa.
Helt transformerad
planta
En lång process
låter bakterien infektera
När man så efter några månaders väv-
växten så förs därmed den
nadsodling har transformerade plantor
önskade genen in i växten.
i växthuset så följer en lång process att
5
FORSKNINGSNYTT • Nr 3 • 2005
välja ut de plantor som bäst visar upp
det önskade anlaget. Man undersöker
även avkomman för att vara säker på att
Ordlista
Bas
En av de fyra molekyler som bygger upp DNA och RNA. Baserna i
DNA är adenin (A), cytosin (C), guanin (G) och tymin (T). I RNA
ersätts tymin av uracil (U).
Biolistik
Metod att transformera växter. En partikelkanon används för att skjuta
metallpartiklar täckta med DNA in i cellerna.
Bioteknologi
Alla tekniker där man manipulerar livsformer för att erhålla användbara
produkter. En vanlig missuppfattning är att bioteknologi bara är teknik
där man modifierar gener. Det innefattar dock även så skilda saker
som vinbryggning, brödbakning och all slags växtförädling.
DNA
Deoxyribonukleinsyra. Den kemiska grunden i arvsmassan. Organiserat i kromosomer som i sin tur innehåller ett stort antal gener.
Gen
Enhet i arvsmassan. Inkluderar den del av DNA som kodar för en
polypeptidkedja (protein) samt tillhörande reglerande DNA-sekvenser.
det transgena anlaget är stabilt. När de
bästa plantorna tagits fram följer en
mångårig period av traditionell förädling då plantans fördelaktiga egenskaper korsas in i en existerande sort som
har andra bra kvaliteter. Den största fördelen med GM-tekniker är exaktheten.
Man vet precis vilken gen man jobbar
med, till skillnad från traditionella korsningar där man flyttar tusentals gener.
Det är fortfarande dock en mycket lång
process att ta fram en GM-gröda. Från
Genmodifiering Selektiv, medveten modifiering av arvsmassan på sätt som inte sker
naturligt genom parning eller naturlig rekombination.
Genom
Det totala genetiska materialet i en cell.
tressant gen till att den motsvarande
Hormon
Kemiskt signalämne som förekommer både i växter och djur.
GM-grödan släpps på marknaden kan
Kloning
Kopiering av en molekyl eller en hel organism.
det gå 12–15 år. Det är heller inte fråga
Kromosom
Enhet i genomet. Bär många gener och består av en mycket lång
DNA-molekyl samt histoner (proteiner).
Plasmid
Cirkulär DNA-enhet i bakterier. Ej del av den normala bakteriekromosomen. Används ofta som vektor i experiment för genmodifiering.
Protein
Den slutliga produkten av en gen. Består av en lång kedja av aminosyror. Inkluderar enzymer, antikroppar, hormoner och receptorer etc.
RNA
Ribonukleinsyra. Finns i tre olika varianter som alla är involverade i
protein-syntesen. DNA kopieras först till RNA innan informationen i
den genetiska koden omsätts till ett protein.
Restriktionsenzym
Enzym som “klipper” DNA vid specifika, korta bas-sekvenser. Mycket
viktiga i experiment där man rekombinerar DNA.
växtförädling vid Sveriges lantbruksuni-
Transformering
Process där främmande DNA förs in i en cell.
versitet (SLU) i Alnarp. Han arbetar med
Transgen
En organism vars celler innehåller genetiskt material från andra
organismer än sina föräldrar.
Vektor
Redskap som används för att föra nya gener in i celler. Oftast används
plasmider, men även virus kan användas.
Vävnadsodling
Odling av celler från högre organismer in vitro, det vill säga på
näringsrikt medium i steril laboratoriemiljö.
det första arbetet med att isolera en in-
om att ersätta traditionella förädlingsmetoder utan man ska snarare se GMteknikerna som ett komplement.
■
Dennis Eriksson
Tel: +46 (0)40 415526
E-post: Dennis.Eriksson@vv.slu.se
Dennis Eriksson är doktorand i genetik och
ett projekt för domesticering av en ny perenn oljeväxt, fältkrassing (Lepidium campestre). Växten är avsedd för produktion av
vegetabilisk industriolja. Inom projektet använder han såväl moderna gentekniska metoder som mer traditionella förädlingsmetoder med korsningar och mutationer.
Litteratur
de la Riva, G.A. et.al. 1998. Agrobacterium
tumefaciens: a natural tool for plant
transformation. Electronic Journal of
Biotechnology, Vol.1, No.3. Available
online at http://www.ejb.org. (En
teknisk artikel om transformering av
växter med Agrobacterium tumefaciens.)
Brändén, Henrik. 2001. Molekylärbiologi.
Studentlitteratur, Lund. (En lättfattlig
bok om teori och tekniker för arbete
med DNA.)
6
