HODOWLA ODMIAN TRANSGENICZNYCH
WSTĘP
Hodowla roślin to działalność, której celem jest ulepszenie właściwości odmian roślin uprawnych przez odpowiednie ukształtowanie genotypu. Działalność ta jest podporządkowana regułom rynkowym, czyli musi się opłacać. Źródłem korzyści finansowych są głównie wpływy ze sprzedaży materiału siewnego dobrej odmiany. Hodowla obejmuje różne etapy działań i decyzji. Do tej pory w hodowli roślin określanej jako klasyczna podstawowymi środkami osiągania celów hodowlanych było krzyżowanie i selekcja oraz indukowanie mutacji. Głównymi ograniczeniami tej hodowli są: długi czas realizacji celu, konieczność selekcji w dużych liczebnie populacjach, niepewność sukcesu, niemożliwość przenoszenia cech w przypadku zbyt dużego dystansu filogenetycznego dawcy i biorcy cechy (genu) oraz niemożność lub bardzo duża trudność powtórzenia danego efektu. Hodowla transgeniczna likwiduje lub zmniejsza siłę oddziaływania tych ograniczeń. Tym, co w części „warsztatowej" zasadniczo odróżnia hodowlę transgeniczna od klasycznej, jest sposób wprowadzania pożądanych genów oraz rola hodowcy. Geny są izolowane i konstruowane metodami inżynierii genetycznej oraz wprowadzane do biorcy na drodze transformacji - najczęściej bez fazy rozmnażania generatywnego. Różnice dotyczą również prawnej ochrony odmiany. W przypadku odmian nietransgenicznych występuje prawo wyłączności do rozmnażania. W przypadku zaś odmiany transgenicznej ochroną patentową są objęte: transgen i sposób jego wprowadzania oraz sama odrniana. Z całą pewnością rola hodowcy, jako głównego kreatora, ulega całkowitej zmianie i może być ograniczona do doświadczalnictwa i hodowli zachowawczej nasiennictwa), szczególnie w odniesieniu do roślin rozmnażanych wegetatywnie.
Etapy hodowli transgenicznej
Wybór celu hodowli
Hodowli transgenicznej powinny być stawiane cele bardzo ważne ze względ ów gospodarczych i społecznych, których nie można zrealizować metodami hodowli klasycznej. Ze względu na wymagania ekologiczne stawiane produkcji rolniczej preferowane są m.in. odmiany odporne na choroby i szkodniki, dające surowiec nie wymagający skomplikowanego przetwarzania, oszczędnie korzystające z wody i składników mineralnych, tolerancyjne na stresy fizyczne i chemiczne.
Jedna z firm zaplanowała np. wprowadzenie do obrotu odmian bawełny dających surowiec o różnych barwach (w zależności od odmiany), m.in. koloru niebieskiego dżinsu. Oznacza to możliwość rezygnacji z przemysłu farbiar-skiego, niezwykle uciążliwego w oddziaływaniu na środowisko, z którym firma może nie mieć żadnych związków. Uzyskany efekt jest jednak bardzo doniosły społecznie
Wybór genu
Ta decyzja musi być poprzedzona dokładną analizą mechanizmu powstawania określonej cechy, stanu wiedzy o roli danego genu i powiązaniach z innymi genami, stanu własności intelektualnej oraz strategii firmy (p. też 6.2.3). Od strony genetycznej uzyskanie nowej odmiany może wymagać wprowadzenia genu z innego gatunku (genu nowego dla biorcy), zmiany ekspresji genu istniejącego w roślinie (zmniejszenia do zera, lub maksymalizacji ekspresji, czy też ekspresji pod wpływem innego czynnika). Szczególnie ostrożna musi być ingerencja w działanie genów, które wpływają na wiele procesów. Do takich należą np. geny decydujące o pozi omie regulatorów wzrostu; z jednej strony oddziałują one na wiele procesów i w niewielkich stężeniach swych produktów, z drugiej strony różne grupy genów współdziałają ze sobą.
Zmianę jednej cechy można spowodować za pomocą różnych genów, z których każdy koduje pojedynczy enzym w wieloetapowym szlaku metabolicznym.
W różny sposób można też uzyskać pr zedłużenie trwałości owoców pomidora. a dokładniej, znaczne spowolnienie lub brak mięknięcia. Jednym z nich jest drastyczne zmniejszenie poziomu ekspresji genu poligalakturonazy w wyniku włączenia dodatkowej kopii lub kopii antysensowej. Poligalakturonaza w czasie dojrzewania owocu rozcina łańcuchy kwasu poligalakturonowego na krótkie odcinki, powodując mięknięcie. Przy braku tego enzymu pozostałe przemiany związane z dojrzewaniem, takie jak zmiana koloru, wytwarzanie aromatu, zmiana teks tury miąższu, utrzymują się. Aktywność poligalakturonazy można również zmieniać przez wprowadzenie dodatkowej kopii genu kodującego. To rozwiązanie dało dość nieoczekiwanie dodatkową zaletę - większą lepkość przecieru spowodowaną tworzeniem się dłuższych łańcuchów kwasu galakturonowego. Inną mo s238 żliwością jest wprowadzenie do pomidora genów syntazy i oksydazy ACC w formie sensowej i antysensowej, co powoduje zmniejszenie biosyntezy etylenu nawet o 95% i znaczne opóźnienie mięknięcia owoców.
Wybór odmiany do transformacji
Decydują tutaj dwie grupy kryteriów. Jedne są związane ze strategią firmy, rynkiem i typem odmiany (ustalona, heterozyjna), a inne z metodyką uzyskiwania odmiany transgenicznej. Zwykle wybiera się odmianę dobrze znaną i pozytywnie ocenioną przez rynek lub kandydatkę na taką.
Wpływ odmiany może się zaznaczyć w zróżnicowanej stabilności innych cech po transformacji oraz zróżnicowanej podatności na procedurę transformacji i/lub regeneracji.
Są bowiem odmiany, u których łatwiej jest uzyskać dużo transformantw niż u innych oraz takie, u których procedura transformacji i regeneracji nie powoduje zbyt częstych zmian innych cech. Siłą rzeczy takie odmiany będą chętniej proponowane jako biorcy transgenów.
Wybór i wytworzenie transgenu
Uwzględnia się tu m.in. wiedzę o zależnościach występujących w powstawaniu danego fenotypu, rodzaj wektora, rodzaj genu markerowego oraz sposób transformacji. Geny markerowe powinny dobrze spełniać dwie grupy kryteriów: nie stwarzać dodatkowych zagrożeń dla środowiska i człowieka oraz dobrze wypełniać swą „markerowość". W wielu przypadkach, do uzyskania odpowiedniej ekspresji transgenu w roślinach jest konieczne dokonanie zmian w genie użytkowym.
Uzyskanie odmiany transgenicznej
Punktem wyjścia do skutecznej realizacji tego zadania jest dysponowanie odpowiednią liczbą niezależnie wytworzonych roślin transgenicznych (NRT). Oceniana jako minimalna liczba tych roślin waha się od kilku do 150, a najczęściej podawane wartości wynoszą 20-60. Potrzeba dysponowania odpowiednio liczną populacją niezależnie powstałych roślin transgenicznych jest s powodowana, najogólniej mówiąc, różnicami w ekspresji transgenu. Wielkość minimalnej liczby NRT zależy od wielu czynników, a do najczęściej wymienianych należą: jakość oczekiwanej nowej cechy, rodzaj wprowadzanego genu, konstrukcja transgenu, sposób wprowadzania transgenu, gatunek i odmiana rośliny. W pokoleniu TO należy dokonać oceny ekspresji transgenu - jakościowej i ilościowej. Jeżeli nie jest to możliwe ze względów metodycznych, to ocenę przesuwa się wówczas na pokolenie Tl, w którym dokonuje się jednocześnie pełnej oceny fenotypowej. Linie transgeniczne, które są homo-zygotami w stosunku do transgenu, uzyskuje się w pokoleniu T2. Są one podstawą do dalszej oceny w doświadczeniach wstępnych i ścisłych
Stopniowanie transgeniczności
Zdecydowana większość odmian transgenicznych wprowadzonych do uprawy zawiera w genomie jeden transgen po jednym zabiegu transformacji. Tylko nieliczne mają dwa, np. S. tuberosum tolerancyjny na herbicyd i odporny na stonkę ziemniaczaną lub Z. mays tolerancyjna na herbicyd i odporna na omacnicę prosowiankę. Są to odmiany podwójnie transgeniczne. Ogólnie można odmiany transgeniczne podzielić na dwie grupy, w zależności od: 1) liczby wprowadzeń transgenu (liczby zabiegów transformacji - jednokrotne, wielokrotne), 2) liczby genów poprawiających wartość - z jednym (proste) lub z większą liczbą genów (złożone). Obecnie konstruowane są transgeny zawierające więcej niż jeden gen poprawiający wartość odmiany. Inną możliwością kumulacji transgenów jest krzyżowanie. Powstają odmiany posiadające większą liczbę transgenów, ale nie wprowadzonych na drodze niezależnych transformacji, lecz przez krzyżowanie. Takie odmiany lub linie określa się jako wtórne transgeniki, w odróżnieniu od pierwotnych - czyli wywodzących się bezpośrednio z transfor macji.
Ochrona prawna odmian
Sprawa ochrony własności intelektualnej odmian transgenicznych została uregulowana konwencją UPOV w 1991 roku. Wprowadzono pojęcie odmiany zasadniczo pochodnej (ang. essential derivation concept). Zgodnie z nim, ten kto uzyskuje odmianę transgeniczną z odmiany nietransgenicznej - będącej biorcą i chroniona prawem do odmian - jest zobowiązany przed jej wprowadzeniem do obrotu wynegocjować z właścicielem odmiany warunki jego zgody. Konwencja ta jest uzupełnieniem regulacji prawnych zwanych „prawo do odmian" (ang. Plant Variety Right) lub wyłączne prawo hodowcy (ang. Plant Breeders Right).
Wprowadzenie odmiany transgenicznej do uprawy
Wprowadzenie odmiany transgenicznej do uprawy i obrotu wymaga, w porównaniu z odmianami nietransgenicznymi, spełnienia dodatkowych wymogów formalnych. W zasadzie są dwa dość odmienne wzorce postępowania - amerykański i Unii Europejskiej. Pierwszy uchodzi za bardziej otwarty i zgodę wydaje się na podstawie analizy produktu, natomiast drugi jest uważany za bardziej restrykcyjny i zgoda jest wynikiem analizy technologii. W przypadku wykorzystania odmian transgenicznych do celów żywieniowych trzeba, zgodnie z wymogami, wykonać wiele bardzo szczegółowych i drogich badań. Więcej na ten temat w rozdziałach
Hodowla transgeniczna w Polsce
Hodowla transgeniczną zaczyna dopiero powstawać w naszym kraju, w zasadzie jeszcze jej nie ma. Jej podstawą są instytuty naukowe, w których wykorzystując polskie konstrukcje wytworzono S. tuberosum odporne na wirus PLRV, o zmienionym metaboolizmie węglowodanów oraz L. sativa nadającą odporność na wirusowe zapalenie wątroby typu B u ludzi. Zastosowane transgeny były efektem pracy polskich badaczy. Powoli tworzy się regulacje prawne dotyczące doświadczeń polowych i zasad wprowadzania do obrotu odmian transgenicznych i produktów z nich wytworzonych.
PODSUMOWANIE
pierwotne gatunki i odmiany mogą być źródłem bardzo przydatnych cech, bądź stanowić oryginalną wartość wobec możliwości ulepszania na drodze transgenezy;
transgeniczność będzie powodować wypieranie z uprawy nietransgeniczne odmiany-biorców. Jednocześnie będzie silna tendencja do postępującej marginalizacji tych ostatnich łącznie z zaniechaniem ich uprawy. W ten sposób określone odmiany mogą przestać istnieć.
Dodatkowo, gdy odmiana transgeniczna zastępuje nietransgeniczną, mamy do czynienia z naturalną dążnością do dalszego ulepszania, polegającego na wprowadzeniu kolejnych transgenów. W konsekwencji powrót do wartości wynikających ze stanu genetycznego przed transgenezą jest praktycznie niemożliwy.