4.4. Genetines modifikacijos taikymo mi

1
4.4. Genetines modifikacijos taikymo mišku ukyje
ypatumai

• GMO testavimas
• Testavimui reikia laiko prieš naudojant
  genetiškai modifikuotus medžius komerciniu mastu
• Žemes ukyje GMO testuojami keliu rotaciju metu.
• Kaip su miško medžiais? Ar genas bus išreikštas?
  Kaip itakos kitus požymius? Ar naujai iterptas
  genas bus išreikštas velesniame amžiuje?
• Pušis ir egle testavimas truktu bent 20 metu.
  Tai gana nemažos laiko ir kaštu investicijos.

• GM sukelia esminius tikslinio požymio pokycius,
  kurie yra drastiškesni nei klasikineje
  selekcijoje, bandant pakeisti genu dažnius. Todel
  GMM išbandymas turetu buti ilgesnis.
• Ryšiai tarp požymiu, ivertintu laboratorineje ir
  lauko aplinkose dažnai buna silpni reikalingas
  ilgesnis testavimas.

2
GMO placiai naudojami žemes ukyje
Komerciniais tikslais naudojamu GMO naudmenu
plotas (FAO 2001).
Metai Šaliu sk. Plotas, mln. ha
1996 6 2
1997 11
1998 9 28
1999 12 40
2000 13 44
2001 13 53
GMO naudojimas dideja Atsparumas
kenkejams Specialios technologijos (pvz.
antisens)
3
GM požymiai žemes ukyje

• Daugumas augimo (adaptaciniu, produktyvumo ir
  kokybes) požymiu yra poligeniniai, o vieno geno
  GM netures itakos.
• Todel modifikuojami nedaugelio genu itakoje
  esantys požymiai
• Pagrindinai GM žemes ukyje rezistentiškumas
  herbicidams ir kenkejams (apie 41.5 mln ha
  komerciniu GMO kulturu).
• Kulturu rezistentiškumas herbicidams leidžia
  efektyviai šalinti piktžoles paliekant
  kulturinius augalus gyvus. 

• Bacillus thuringiensis (Bt) bakterijos turimas
  genas produkuoja baltyma, kuris yra nuodingas
  kenkejams.

4
GM žemes ukio kulturu procentinis pasiskirstymas
ir tendencijos

• 63 soja
• 19 kukuruzai
• 13 medvilne
• 5 kanola
• lt1 kiti
• Tik keli požymiai, tik keturios rušys, tik
  keturios šalys. Krintantis GMO domejimasis
  Europoje.

Šiuo momentu GMO atneša nauda gamintojui, bet ne
vartotojui.
5
Miško medžiu genetine modifikacija tyrimai

• Dabartiniu metu pasaulyje yra virš 210 bandymu su
  GMM, 16 šaliu (pagrinde JAV).
• Dažniausiai tiriamos 4 gentys Populus (51),
  Pinus (23), Liquidambar (11), Eucalyptus (7).
• Puse GMM tyrimu skirti metodu kurimui (genu
  stabilumas, ekspresija) ar fundamentaliems
  klausimams.
• Kita puse tyrimu (a) tolerancija herbicidams
  (13), (b) tolerancija kenkejams (12), (c),
  chemines medienos savybes (9), (d)
  reprodukciniai požymiai (6)

Šaltinis FAO.2004. Preleminary rewiev of
biotechnology in forestry including genetic
modification. Working paper FRG/59E, FAO, Rome,
Italy.
6
Žemes ukio GMO pasiekimu taikymas mišku ukyje?

• Testuojant santykinai trumpai ir nedideliuose
  bandymuose, ekologines GM pasekmes gali likti
  nepastebetos
•  Atsparumas herbicidams turi ribota panaudojima
  mišku ukyje.
• Vienintele realizuota - nauda atsparumas
  kenkejams, lignino kiekio lastelese ir žiediniu
  strukturu modifikacija.

GM sterilus beržai, bandomi lauko salygomis
Suomijoje (matyti tik apsauginiai vamzdeliai).
Pušies sejinukai bandomi klimatineje kameroje (GM
sejinukai atsparus spygliu ligai (kaireje).
7
Miško medžiu genetine modifikacija naudojimas

• Komerciniu mastu GMM naudojami tik Kinijoje
  Populus hibridai (P. alba x tomentosa) ir Populus
  nigra, kuriuose buvo iterptas modifikuotas Bt
  genas, koduojantis kenkejams nuodinga baltyma
• Šiu modifikuotu medžiu naudojimo apimtys 300-500
  ha (2002 m.)
• Atlikti dvieju pakopu lauko išbandymai ir gauti
  visi teisiniai leidimai, reikalingi Kinijoje.

Šaltinis FAO.2004. Preleminary rewiev of
biotechnology in forestry including genetic
modification. Working paper FRG/59E, FAO, Rome,
Italy.
8
Svarbu integruoti tradiciniu miško medžiu
genetiniu tyrimu rezultatus i GMM tyrimus

• Pastaruoju metu nemaža dalis miško medžiu
  genetiniu tyrimu finansavimo yra nukreipta GMM ir
  su jais susijusiems biotechnologijos tyrimams.
• Ženkliai sumažejo kitu miško medžiu genetikos
  sriciu, kurios yra naudingos mišku ukiui,
  finansavimas.
• Miško medžiu biotechnologiniai projektai per daug
  sukoncentruoti i metodu vystyma ir praranda
  sasajas su nemaža miško medžiu tyrimu patirtimi.
  

• Fenning early 2002

9
GMO naudojimas problemos

• Iš keliu transformuotu lasteliu reikia išauginti
  medeli ar keleta medeliu.
• Transformuotus genotipus reikia padauginti
  vegetatyviniu budu iki komerciniu mastu priimto
  donoriniu genotipu skaiciaus.
• Komerciniu mastu donorinius genotipus reiketu
  dauginti vegetatyviniu budu ekonomiškai
  efektyviais metodais.
• Nepageidaujami GMM gali pasklisti per žiedadulkes
  

10
GMM dauginimas po transformacijos

• Naudojama organogeneze ar somatine gemalu geneze
  gaunama apie 10 medeliu.
• Šie 10 medeliu testuojami- ar bus išreikšti
  iterpti genai?
• Produkuojamas didesnis skaicius donoriniu
  genotipu galimi paprasti augunu šaknydinimo
  metodai.
• Komercinis naudojimas masinis dauginimas-
  efektyviausia vegetatyvinis organogeneze,
  somatine gemalu geneze, augunai (rooted
  cuttings),
• Šiu metodu kombinacija priklauso nuo rušies
  vegetatyvinio dauginimo ypatumu pagrinde
  spygliuociai lapuociai.

11
Iprastine miškininkyste

• Selekcija pranašus genotipai
• Sekline plantacija/medynas seklos
• Medelynas sodmenys
• Želdymas ilgos apyvartos ukiniai miškai
  (pakankama rušies genetine ivairove, gamtai
  artimas išdestymas, rušiu mišiniai)
• Medynu priežiura (retinimu sistema, sanitarine
  priežiura)
• Galimas naturalus atkurimas

12
GMM miškininkyste

• Selekcija pranašus genotipai, genai ir GMM
  sukurimas
• GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir
  donoriniai klonai.
• Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas sodmenys
• Želdymas trumpos apyvartos ukiniai miškai
  (nedidele rušies genetine ivairove, ukiniu
  požiuriu patogus sistematinis medžiu išdestymas)
• Medynu priežiura (sanitarine priežiura)
• Negalimas naturalus atkurimas.

Laboratorija
Donorai
Augunai
13
(No Transcript)
14
GMM naudojimo ypatumai reprodukcine medžiaga

• Seklines plantacijos- nereikalingos, nes GM
  reprodukcine medžiaga gaunama tik vegetatyviniu
  budu.
• Kodel? Del rekombinacijos nemaža dalis sekliniu
  palikuoniu gali netureti iterpto naujo geno.

15
GMM naudojimo ypatumai reprodukcine medžiaga
Sodmenu išauginimas dauginimas iki komerciniu
mastu ekonomiškai efektyvaus kiekio

• Reikalingos ekonomiškai efektyvios vegetatyvinio
  dauginimo technologijos
• Organogenze.
• Somatine gemalu geneze.
• Augunu šaknydinimas.

16
Somatine gemalu geneze ir dirbtines seklos

• Apibrežimas vegetatyvinio mikro-dauginimo
  metodas kai gemalai išauginami iš vegetatyviniu
  ar negametiniu audiniu.
• Manipuliuojant maitinimo terpemis ir aplinkos
  salygomis, indukuojama audiniu profiliacija i
  gemalu pirmines lasteles, kurios gali buti
  užšaldomos skystame azote neribotam laikui.
• Norint genotipus klonuoti, šioms gemalu pirminems
  lastelems indukuojamas augimas i gemalus, kurie
  apvelkami dirbtiniu maisto medžiagu sluoksniu ir
  taip paverciami i dirbtines seklas
• Dirbtines seklos auginamos iprastu budu i
  medelius medelynuose (pigu).

Sitkines egles gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušides audiniu
Iš somatiniu gemalu išauginti Picea glauca
medeliai Kanadoje
17
Masinio vegetatyvinio miško medžiu dauginimo
metodai
3 pagrindinai metodai 1. Organogeneze- augalu
išauginimas iš kaliuso laboratorinese salygose
(brangus, labiau tinkantis lapuociams). 2.
Somatine gemalu geneze- gemalu išauginimas iš
kaliuso ir dirbtinu seklu sukurimas
laboratorinese salygose bei iprastinis medeliu
auginimas iš seklu (pigesnis, tinkantis
spygliuociams).
3. Masinis dauginimas jaunu medeliu karpymas,
šakuciu šaknydinimas ir augunu auginimas medelyne
(pigiausias).
18
Augunai
Gavus keliolika GMM klonu, juos paauginus iki
tinkamo reprodukcinio pajegumo galima toliau juos
dauginti komerciniu mastu šaknydinant šakutes
(produkuojant augunus).
Picea abies donoriniai genotipai (hedges), skirti
vegetatyviniam dauginimui šaknydinant
augunus Švedija 1998.
19

• Tinkamiausi GMM panaudojimui yra aukštos
  ekonomines vertes rušiu trumpos rotacijos
  želdiniai (pvz. Populus, Eucalyptus)
• Aktualiausia GM nauda (dabartiniu metu
  rezistentiškumas kenkejams).
• Mažesne pasklidimo rizika (nes rotacija trumpa).
• Galima naudoti sterilius medžius.
• Galima apseiti be gamtinio aspekto.

Trumpos rotacijos Eucalyptus keliu klonu
želdiniai Brazilijoje
20
GMM trumpos rotacijos želdiniu ypatumai

• Monokloniniai GMM želdiniai butu jautrus kitiems
  aplinkos veiksniams. Reiketu bent keliu klonu.
• Pvz. tam, kad kenkejai neigytu imuniteto GMM Bt
  geno baltymui, tarp GMM gali buti imaišomi
  nemodifikuoti klonai.

21
Taip galetu atrodyti trumpos rotacijos Bt
modifikuoti beržo želdiniai- reguliarios eiles ir
efektyvi piktžoliu ir sanitarines bukles kontrole.
20 metu amžiaus p. egles augunai Švedijoje-
trumpos rotacijos želdiniu pavyzdys.
22
GMM gali lengvai pasklisti

• Seklos nešamos vejo.
• Žiedadulkes skrenda tukstancius kilometru.
• Lytines reprodukcijos budu gauti GMM palikuonys
  gali tureti defektu, kurie nekontroliuojamai
  pasklistu ...
• Išeitis- sterilus medžiai
• Sterilumas gaunamas iterpiant knock-out genus,
  kurie išjungia lytines strukturas brandinancius
  genus.
• Sterilumo indukcija padidina GMM kurimo kaštus.

23
GMM želdiniams tinka egzotines rušys, nes
apribojamas GMM pasklidimas
Pinus controrta kaireje ir Pinus sylvestris
dešineje
24
GMM miškininkystes modelis
Želdiniai
Reprodukcine medžiaga
Reguliarus išdestymas ir trumpa rotacija
GMM laboratorijoje
Keliu GMM klonu testavimas lauke
Tvarkymas kaip greiciau gauti produkta
Keliu GMM klonu dauginimas iki keliolikos
donoriniu klonu
GMM pasklidimo prevencija
Masinis klonavimas
25
GMO rizika

• Nekontroliuojamas GMO pasklidimas tarp laukiniu
  rušiu.
• Alergija.
• Biologinis ginklas.
• Kiltos neigiamos pasekmes (neigiama genu
  tarpusavio saveika palikuonyse, genu išmušimas).

26
Miškas tai naturali gamta ...

• Miškas suprantamas kaip gamtine aplinka.
• Visuomene dažnai nenori, kad gamta butu dirbtinai
  manipuliuojama.
• Todel greiciausiai GMM nebus leisti naudoti
  dabartiniuose ukiniuose miškuose, kuriuose
  siekiama gamtai artimo ukininkavimo ir naturalaus
  atsikurimo.
• Vienintele išeitis biomases produkcija trumpos
  rotacijos želdiniuose.

27
Monopolines rinkos rizika

• Genai ir GMM gali buti patentuoti. Ko pasekoje
  nukentes fundamentiniai, vieši tyrimai
  (visuomenes interesams geriau publikuoti viešai
  nei patentuoti kompaniju naudai).
• GMO kurimo kompanijos gali sudaryti salygas
  monopoliui GMM rinkoje pelningiau kontroliuoti
  rinka nei gaminti konkurencinga produkta.
• Pelno siekimas gali padidinti neigiama ekologini
  GMM poveiki

28
Sabotažo rizika

• Dažnai GMM bandymai tampa žaliuju ar
  eko-fašistu protestuojanciu prieš GMO aukomis
  (kaip ir banginiu ar žveriu medžiokle,
  skerdyklos, branduolines jegaines, plyni miško
  kirtimai)
• GMO lauko testu prižiuretojai dažnai baiminasi ju
  sunaikinimo.
• Pasekmes padideje GMO sukurimo kaštai.

Protestuotojai buvo atvyke ir prie šio GMM
bandymo Suomijoje
29
Apibendrinant, GMM gali buti netolimoje ateityje
naudojami jei

• Rotacija apie 10-15 metu .
• Egzotine rušis (ribotas išplitimas).
• Egzistuoja klonines miškininkystes metodai
  (ekonomiškai efektyvus vegetatyvinis dauginimas).
• Veikianti selekcine programa (nera adaptaciniu
  problemu, yra kompetencija ir lauko bandymai).
• Noras rizikingai investuoti.
• Geri ryšiai su mokslu.

Populus ar Eucalyptus?
30
Literaturos sarašas
Desmond S. T. Nicholl. 2002. An Introduction to
Genetic Engineering (Studies in Biology).
Cambridge University Press 2 edition (February
7, 2002), ISBN 0521004713. FAO, 2004.
Preliminary review of biotechnology in forestry,
including genetic modification. Forest Genetic
Resources Working Paper FRG/59E, Forestry
Department, FAO. Rome, Italy. Gallardo, F., Fu,
J., Cantón, F.R., García-Gutiérrez, A., Cánovas,
F.M. Kirby, E.G 1999. Expression of a conifer
glutamine synthetase gene in transgenic poplar.
Planta, 210 1926. Jain, S.M. and Ishii, K.
2003. Micropropagation of Woody Trees and Fruits.
Forestry Sciences, V.75, Kluwer Academic
Publishers, ISBN 1402011350. Heuchelin, S.A.,
Jouanin, L., Klopenstein, N.B. McNabb, H.S.
1997. Potential of proteinase inhibitors for
enhanced resistance to Populus arthropod and
pathogen pests. In Klopfenstein, N.B., Chun,
Y.W., Kim, M.S. Ahuja, M.R., eds.
Micropropagation, genetic engineering, and
molecular biology of Populus. Gen. Tech. Rep.
RM-GTR-297, pp. 173177. Jounin, L and Goujon, T.
2004. Tuning metabolism through genetic
engineering in trees. In Molecular genetics and
breeding of forest trees (Kumar, S. and Fladung,
M. eds). Haworth Press Inc., p.
167-191. Lemmetyinen ir Sopanen 2004.
Modification of flowering inforest trees. In
Molecular genetics and breeding of forest trees,
p. 263-291. Lida, W., Yifan, H., Jianjun, H.
2004. Transgenic forest trees for insect
tolerance. In Molecular genetics and breeding of
forest trees, p. 243-261. Kirsi-Marja
Oksman-Caldentey.2002. Plant Biotechnology and
Transgenic Plants. ISBN 082470794X. Publisher
CRC.
31
Kreuzer, H and Massey, A. 2001. Recombinant DNA
and Biotechnology A Guide for Teachers. American
Society Microbiology 2nd edition, ISBN
1555811752. Kumar, S. and Fladung, M. (eds.).
2004. Molecular genetics and breeding of forest
trees (. Haworth Press Inc., 429 p. Yanchuk,
A.D. 2001. The role and implications of
biotechnological tools in forestry. Unasylva,
204(52) 5361. Plomion, C., Pionneau, C.
Baillères, H. 2003. Identification of
tension-wood responsive proteins in the
developing xylem of Eucalyptus. Holzforschung,
57 353358. Mellan, R., Brunner, A.M., Skinner.
J., Strauss, S. 2001. Modification of flowering
in transgenic trees. In Moleculara breeding of
woody plants (Morohoshi and Komamine eds.)
Elseverier science. 247-258. Sliesaravicius, A ir
Stanys, V. 2005. Žemes ukio augalu
biotechnologija. Enciklopedija, Vilnius, ISBN
9986-433-36-3. Steven H. Strauss, H. D. Bradshaw
2004. The Bioengineered Forest Challenges for
Science and Society. Resources for the Future,
ISBN 1891853716. Skinner, J.S., Meilan, R.,
Brunner, A.M. Strauss, S.H. 2000. Options for
genetic engineering of floral sterility in forest
trees. In S.M. Jain S.C. Minocha, eds.
Molecular biology of woody plants, Vol. 1, pp.
135153. Dordrecht, Netherlands, Kluwer. Tourte,
Y. 2003. GMO Transgenesis in Plants. Science
Publishers Inc. ISBN 1578082609 Oksman-Caldentey,
K.M. and Bardz W. H (eds.) 2004. In Plant
biotechnology and transgenic plants. Mercel Deker
Inc. USA, ISBN 0-8247-0794-X.719 p.
32
Desmond S. T. Nicholl. 2002. An Introduction to
Genetic Engineering (Studies in Biology).
Cambridge University Press 2 edition (February
7, 2002), ISBN 0521004713. FAO, 2004.
Preliminary review of biotechnology in forestry,
including genetic modification. Forest Genetic
Resources Working Paper FRG/59E, Forestry
Department, FAO. Rome, Italy. Jain, S.M. and
Ishii, K. 2003. Micropropagation of Woody Trees
and Fruits. Forestry Sciences, V.75, Kluwer
Academic Publishers, ISBN 1402011350.
Kirsi-Marja Oksman-Caldentey.2002. Plant
Biotechnology and Transgenic Plants. ISBN
082470794X. Publisher CRC. Sliesaravicius, A ir
Stanys, V. 2005. Žemes ukio augalu
biotechnologija. Enciklopedija, Vilnius, ISBN
9986-433-36-3. Steven H. Strauss, H. D. Bradshaw
2004. The Bioengineered Forest Challenges for
Science and Society. Resources for the Future,
ISBN 1891853716. Sliesaravicius A., Stanys V.
2005. Žemes ukio augalu biotechnologija. V.
Enciklopedija, 234 p. Strauss S.H and Bradshaw
H.D. (eds) 2004. The bioengineered forests.
Chalenges for science and society. Washington,
DC, US. 245 p. Vasil I.K. 2003. The science and
politics of plant biotechnology - a personal
perspective. Nat. Biotechnol 21 849-51. ???????
?.?. 2004. ??????????? ????????????????
????????? ???? ? ??????????. ?????, - 118 ?.
33
LITERATURA