Pflanzenschutz Chemie, Ökologie, Gentechnologie?

Transkript

1 Pflanzenschutz Chemie, Ökologie, Gentechnologie? Ein Beitrag zur Diskussion über Erwünschbarkeit der Gentechnologie-Produkte Übertragen, Erhalt der Gene, Transskription und Funktionalität der Gene von einem Nicht kreuzbaren Spender wird als Transgenose bezeichnet..

2 Inhalt 1 Gentechnische Veränderungen der Pflanzen: Was geschieht wirklich 2 Welche Gentechnischen Pflanzen werden angebaut 3 Beispiel Apfel klassische Züchtung Transgenose Cisgenose Schorf Feuerbrand Schorf Feuerbrand 4 Meine persönliche Ansichten und Ihre? 2

3 Die Lebens-Enzyklopädie oder die Rezeptesammlung Das DNA ist das Material indem die Anleitungen um das Leben zu erschaffen und erhalten gelagert sind Das DNA gleicht einem sehr dünnen aufgewickelten Faden und ist mehrere Stücke aufgeteilt (Chromosomen) Der Zellkern kann als Bibliothek verstanden werden indem eine bestimme Anzahl Bücher (Chromosomen) aufbewahrt werden mit den Anleitungen, das DNA ist demzufolge die Schrift und Papier.

4 Die Gene Die einzelnen Bücher des Lebens sind in Kapitel unterteilt Die Kapitel heissen Gene Jedes einzelne Kapitel enthält die Anleitung um ein bestimmtes Protein zu bauen, eine der sehr komplexer Substanzen die für jedem Organismus notwendig sind, vergleichbar mit einem Werkzeug (Enzyme) oder Baustein. Ein Mensch besitzt ca 30tausend Gene, also 30tausend Kapitel mit Anleitungen um gleichviele Proteine zu bauen. 4

5 DNA RNA - Protein Das DNA enthält die Anleitung, der Text ist mit 4 Buchstaben kodiert. 5

6 DNA RNA - Protein Das DNA enthält die Anleitung, der Text ist mit 4 Buchstaben kodiert. Das RNA ist der Träger (Papier und Bleistift) der Information welche von dem DNA zu den Ribosomen (Ort der Protein-Herstellung) gebracht wird. 6

7 DNA RNA - Protein Das DNA enthält die Anleitung, der Text ist mit 4 Buchstaben kodiert. Das RNA ist der Träger (Papier und Bleistift) der Information welche von dem DNA zu den Ribosomen (Ort der Protein-Herstellung) gebracht wird. In den Ribosomen werden die Anleitung ausgeführt und aus Aminosäuren die Proteine zusammengesetzt 7

8 Zusammenfassend: die Herstellung eines Proteins (das Produkt) Das Rezept = ein Kapitel (Gen) eines Buches. Das Notizpapier und Schreibzeug =RNA 1 Gehe in die Bibliothek (Zellkern), entnehme das Buch (Chromosom), blättere bis das richtige Kapitel (Gen) gefunden ist. 2 Rezept abschreiben (mrna), einige unwichtige Stellen (Introne) können weggelassen werden und das Buch zurückstellen. 3 Bringe die Notizen in die Küche (Ribosomen) 4 Folge den Anweisung, wäge und mixe die Ingredienten. Regeln: ein Buch darf die Bibliothek nicht verlassen. Es hat immer nicht notwendige (unnütze?) Information dazwischen gestreut die beim abschreiben weggelassen wird (Introne) 8

9 GVO Genetische veränderte Organismen: Ein Lebewesen dessen DNA verändert wurde durch eine Veränderung der Gene oder Einfügen von zusätzlichen Gene. Diese Gene können von irgend einem anderen Lebewesen stammen. Dies ist ein Cartoon und falsch 9

10 Biotechnologie -Gentechnologie Die Wissenschafter haben die Werkzeuge um: ein Kapitel (Gen) eines Buches (ein Chromosom des Genoms) zu verdunkeln (antisense, irna), Ein Kapitel einzufügen 10

11 Einige Begriffe PCR Promotor Restriktionsenzyme Konstrukt Plasmid Marker (= Selektions-)gene 11

12 Vermehrung von DNA-Stücke PCR Polimerase Ketten-Reaktion". Technik die im Labor verwendet wird um Millionfache Kopien eines DNA Stückes herzustellen 12

13 Der Promoter Schalter : eine Anweisung ob das Gene abgelesen werden sollte oder nicht (Transkription DNA-RNA) Sehr unterschiedliche Eigenschaften: konstitutiv = immer eingeschaltet, induziert = wird bei besonderen Umständen eingeschaltet (z. B Entwicklungsstadium) 13

14 Restriktionsenzyme Um ein DNA Stück herauszuschneiden (Kapitel, Seite des Buches) verwendet man Scheren Es sind die Restriktionsenzyme die selber die Anweisungen tragen wo (nach welcher Buchstabenkombination) sie schneiden sollen. Wir verwenden Sie um Gene zu isolieren. 14 Nobelpreis: Arber, Uni Basel

15 Plasmide Ein Plasmid ist ein unabhängiger ringförmigen DNA-Faden (z.b. von einem Bakterium) Träger verschiedener Gene. Einige Plasmide können Teile von sich in ein Chromosom anderer Lebewesen einfügen (z. B. Plasmide von Agrobacterium tumefaciens) Wir können diese Plasmide gezielt verändern Auseinander Schneiden, Hineinfügen, Wegnehmen, wieder Zusammenfügen 15

16 Selektions-Gene (Markergene) Wir wollen nur die transformierten Zellen weiter züchten. So eliminieren wir alle nicht transformierten indem wir im Konstrukt ein Gen einbauen welches das Überleben der transformierten Zellen auf einem normalerweise abtötend Medium erlaubt (toxische Stoffe wie Antibiotika oder Herbizide) 16

17 Die Schritte um eine genetische modifizierte Pflanze zu erhalten I 1. DNA-Sequenz bestimmen (Buchstaben Reihenfolge) 2. Herausschneiden, vermehren (PCR) 3. Gene, Promotoren in ein Konstrukt vereinigen 4. Vermehren 5. In ein Plasmid (Vektor) einbauen, und dieses in Agrobakterium 6. Agrobacterium bringt das Plasmid in die Pflanzenzelle, das Plasmid das Konstrukt (TDNA) in den Kern und dort wird es in ein Chromosom eingefügt. 7. Transformierte Zellen auslesen (= nicht transformierte abtöten) 8. Vermehrung der transformierten Zellen auf speziellen Nährmedien und Induktion der Sprossbildung, der Wurzelbildung, schlussendlich Anpassen an natürliche Bedingungen. 17

18 Die genetisch modifizierte Pflanze Enthält die gewünschten Gene mit Promotoren Enthält ein Markergene (Selektionsgen) mit Promoter Der Einbauort ist zufällig 18

19 Warum Trans gene Pflanze Markergene nptii: Antibiotika Resistenz (Ursprung Bakterien) Bar : Herbizid Resistenz (Bakterien) PMI: ermöglicht den Zellen auf Phophomannose zu wachsen (Bakterien) Sind immer von einem nicht kreuzbaren Spenderorganismus Alle (wenige) GV-Pflanzen enthalten als Zielgene Art-frende Gene (z.b. Bt-Gene) 19

20 Können, dürfen, wollen wir transgene Pflanzen anbauen? Transgene Pflanzen und ihre Produkte sind oft unerwünscht Ethische Bedenken, (wir machen was die Natur nicht gemacht) Kontamination anderen Kulturen, (Bioanbau- Auskreuzen in Wildpflanzen) Sicherheitsrisikos für Konsument und Umwelt (neues Produkt (Protein)) phantomatische Risiken 20

21 Nutzen (99% der Anbaufläche von GV-Pflanzen) Saatgut Monsanto (Adventis Syngenta) Herbizid Monsanto (.) Produzenten (Agro-Industrie Farming) Vereinfachung der Arbeitsabläufe 4 Kulturpflanzen: Baumwolle, Soia, Raps, Mais 2 Eigenschaften: Herbizid Resistenz, BT-Insektizid 21

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25 Fall Papaia 1940 Erstes Auftreten des Papaia RingSpot Virus (PRSV) 1950 Verzicht auf Produktion auf der Insel Oahu 1960 Verlagerung der Produktion auf Hawaii Region Puna % der Produktion in Puna 1992 PRSV in Puna 1994 Schwere Schäden mit ca 50% der Pflanzen infiziert Da Gonsalves et al 2000 APSnet)

26 Gonsalves et al 2000 APSnet Persöndliche Mitteilung 2012) Fall Papaia 1991 Einbau des Virusgen für das Kapsidproteins 1994 Feldversuche 1998 Erlaubnis zur Kommerzialisierung, Samenabgabe 2000 Erste Produktion Tonnen (37% der Gesamtproduktion) 2008 ca T (50%) 2011 Trans 80% (Export zu Japan von T auf 1000T reduziert)

27 Schorf verursacht durch den Pilz Venturia inaequalis In Europe between 10 and 15 specific fungicide treatments/year

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30 Klassische Züchtung (Agroscope FAW) 30

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33 Klassische Züchtung Klassische Züchtung hat Schorfresistente Apfel-Sorten hervorgebracht: Florina, Topaz, Ariwa, Galiva (Agroscope-Wädenswil) Neuen Sorten = neue Eigenschaften Kleiner Anteil an der Produktion (bei Bio ca 40%) 33

34 Der GV-Apfel der ETH VF-Resistenzgen vom Wildapfel Malus floribunda 821 Eigener Promotor auch von M. floribunda Sorte Gala Selektionsgene wurden nachträglich herausgeschnitten 34

35 Resultat: Cis-Gala Schorf resistent 35 R-gene Ersparnis ca. 8/12 Fungizidbehandlungen, gleich wie beim Einsatz von R-Sorten

36 Die Schritte zum GV-Apfel Agrobacterium tumefaciens-mediated gene transfer In vitro plants Cutting of leaf explants Incubation in agrobacteria Coculture and regeneration Selection of transgenic shoots rooting Acclimatization to greenhouse conditions

37 In vitro Pflänzchen werden auf die Unterlage gepfropft Im Gewächshaus weiter vermehrt

38 Das Plasmid (Vector) pmf1 + HcrVf2 - ( 1 RS RB pmf1 with HcrVf2 backbone LB & RS COST Hasselt

39 T-DNA-Einbau und Selektion auf Antibiotika-medium RB Rs R-LBD Recombinase CodA-NptII fusion Rs LB prom HcrVf2 term Aktivation der Rekombinase RB prom HcrVf2 term Rs R-LBD Recombinase CodA-NptII fusion Rs LB Selektion der cisgenen Zellen RB Rs LB prom HcrVf2 term COST Hasselt

40 Expressionsanalyse: PCR cdna HcrVf2 856 bp CodA 226 bp

41 Integration in Chromosom 12, in ein Intron eines Tubulin Gens T11.1 C COST Hasselt

42 Expression des Gens HcrVf2 unter der Kontrolle seines nativen Promoter Referenz Florina eine klassische gezüchtete Schorf-resistente Sorte, Ursprung der HcrVf2 Gens CG Vanblaere et al. unpublished

43 Gala Line

44 Field trials Wageningen October 2011 Lines : 7, 11,12 (8 plants each line)

45 Imker und Honig 2011 war nicht ein Feurbrandjahr, Es wurde relative wenig Streptomycin eingesetzt. Trotz dieser Einschränkung lagen von den analysierten Honigproben 81 über 0.01 mg/kg Streptomycin pro Kilogramm Honig; dies entsprach einer Menge von rund 9400kg Honig. Dieser Honig wurde vom Schweizer Obstverband (SOV) aufgekauft und aus dem Verkehr gezogen. Agroscope-Holliger et al. 2012

46 Feuerbrand Erwinia amylovora (Burrill1878) In der Schweiz seit 1989 Verluste ha Apfel und Birnen Anlage gerodet 45,000 Hochstämme gerodet Geschätzte gesamt Schadsumme 50,000,000 SFR C.G

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50 Aktuelle Entwicklung Malus Evereste : Kandidat R-Gene Malus robusta 5 : Kandidat R-gene Eingebaut in Gala; Zurzeit unter Funktionalitätsprüfung 50

51 10 January 2011

52 Ziel: Cisgene Gala+ Schorfresistent, Feuerbrandresistent Kein Antibiotika, Weniger Fungizide Reduktion des Energie Verbrauch...

53 Cisgenesis Vorteile Eine bekannte und erfolgreiche Sorte verbessert durch Hinzufügen einer Eigenschaft von einer kreuzbaren Pflanze. Der Verfahren kann wiederholt werden, neue Eigenschaften können eingefügt werden Keine nicht Apfelgene 53

54 Risiko: Cisgenesis Spezifische Risiko sind grundsätzlich nicht vorhanden, da schon geprüft in den klassisch gezüchteten Sorten Auskreuzen (Super-unkraut) Gefährliches Genprodukt (tausend Fach geprüft in klassisch gezüchteten Äpfelsorten) Insertionsort zufällig; kann aber nachträglich festgestellt werden (Epigenetische Effekte) Auswahl der Lienen ohne Veränderungen 54

55 Schlussfolgerungen Klassische Züchtung verbessert die Kulturpflanze durch Einfügen neuer Eigenschaften durch Kreuzung mit einer Spenderpflanze, dabei entsteht eine neue Sorte mit neuen Qualitäten Cisgenetische Pflanzen sind verbessert worden mit Eigenschaften die von kreuzbaren Spenderpflanzen kommen wobei die ursprünglichen Qualitäten der Zielsorte unverändert bleiben. Die Risikoabschätzung, der Nachweis sind grundsätzlich anders durchzuführen, Die ethisch bedingte Fragen/Antworten sind anders zu bewerten Grundsatz bleibt dass wir nicht die Gentechnologie als Methode zu beurteilen haben sondern die Produkte die dabei geschaffen werden. Wir müssen entscheiden was wir im Anbau erlauben: Kein Trans-Mais aber Trans- Kartoffel? Trans/cis,? 55

56 Verdankungen Finanzierung durch Schweizerischen National Fonds EU-Cost Kollegen und Mitarbeiter Markus Kellerhals Agroscope Andrea Patocchi Agroscope Giovanni Broggini ETH INRA, Fr; JKI-Dresden; Uni Bologna; Uni Wageningen 56

57 Public acceptance? C.G

58 58 Phantasie-Aengste

59 59 Phantasie-Aengste