Bioteknologi med faglige briller – muligheder og visioner Preben Bach Holm

1. Bioteknologi med faglige briller – muligheder og visioner Preben Bach Holm Institut for Genetik og Bioteknologi Aarhus Universitet Det Jordbrugsvidenskabelige Fakultet Forskningscenter Flakkebjerg 4200 Slagelse Foreningen af Danske Svinekonsulenter Nytårskuren 7. og 8. januar 2010 Vejlefjord Hotel

2. Plante-produkter

3. Lutz et al. Nature 412, 543-545, 2001 Den globale befolkningsudvikling www.nhn.ou.edu

4. Det totale behov for korn- og kødprodukter 1992-2020 40% stigning 60% stigning Korn Kødprodukter

5. Bioethanol (biodiesel, biomasse) ”Fuel for the cars – food for the people”

6. Klimaændring Højere temperaturer Større skift i vejret Biotisk stress: Vira Bakterier Svampe Insekter og orme Abiotisk stress: Tørke Oversvømmelse Høj saltholdighed Mineral tilgænge-lighed og toksicitet Reduceret udbytte Lavere produkt kvalitet

7. Klima ændring Fordobling af CO2 niveauet ved slutningen af århundredet • Forøget udbytte – stivelse og sukre • Forbedret vandudnyttelse • Forbedret kvælstofudnyttelse • Reduceret protein kvantitet og kvalitet • Reduceret vitamin og mineral indhold

8. Thomas R. Malthus (1776-1834)

9. Ændringer i ris- og hvedeudbytte og produktion

10. Årsager til produktivitets- og udbyttestigninger 1960-2000: Fordobling af udbyttet • Planteforædling (50%) • Sygdomsresistens • Højere udbytte • Plantearkitektur • Opbevaring • Bedre såsæd • Viden • Agronomi (50%) • Kunstvanding • Gødskning • Pesticider • Mekanisering • Viden Udvidelse af det dyrkede areal: 100 mill ha (1960-2000)

11. Omkostninger og problemer • Opbygning af højt saltindhold • Erosion • Forurening med pesticider • Forurening med næringsstoffer • Reduktion i arealerne for naturlige økosystemer • Snævrere fødevaregrundlag • Dårligere ernæringsmæssige egenskaber

12. Indtil nu har det været muligt for fødevareproduktionen at holde trit med befolkningsudviklingen. Dette skyldes: • Udvikling af nye plantesorter med bedre udbytte og sygdomsresistens (50%) • Udvikling af bedre dyrkningsteknologi, herunder anvendelse af kunstvanding, kunstgødning og pesticider (50%) Det vil være muligt at forøge udbytterne via inddragelse af marginaljord og yderligere anvendelse af kunstvanding, gødskning og pesticider MEN: Mere af det samme vil ikke løse problemet!

13. Der er behov for en ny Grøn Revolution Den nye Grønne Revolution skal være dobbelt grøn, en Biorevolution

14. Baggrund • Forståelsen af den genetisk basis for planters egenskaber udvikler sig i disse år meget hurtigt • Dette skyldes udvikling af en række genetiske værktøjer og teknikker, der muliggør langt mere omfattende og detaljerede analyser end tidligere • Vi vil få en omfattende viden om vore kulturplan-ters egenskaber indenfor områder som: • Human og animalsk ernæring • Sygdomsresistens • Udnyttelse af næringsstoffer • Tolerance overfor kulde og tørke Planteforædlere og aftageindustrien vil få en lang række nye muligheder

15. Genetisk modificerede planter Etik Religion Udviklingslande Risiko Globalisering Økologi Multinationale selskaber Miljø Sundhed Patenter Nytteværdi

19. RoundUp Resistens RoundUp (glyphosate) påvirker EPSPS enzymet (5-enolpyruvylshikimate 3-phosphate synthase) Phenylalanine Tyrosine Tryptophan Phenylalanine Tyrosine Tryptophan Shikimate 3-phosphate Shikimate 3-phosphate Planten dør af man- gel på aminosyrer RoundUp EPSPS EPSPS Gensplejsning med gen for EPSPS fra Agrobakterium eller majs, som ikke blokeres af glyphosat

20. Vinderosion i U.S.A.

21. European Corn Borer

22. Angreb af møllarver forårsager meget store udbyttetab, og der sprøjtes meget hyppigt med bredspektrede insekticider. • Dyrkning af bomuld er opgivet i en række områder på grund af udvikling af resistens mod insekticiderne. • Dyrkningsmæssige fordele • Permanent beskyttelse • Stor fremgang i udbytte Insektresistent Bt bomuld • Miljømæsssige fordele • Reduktion i mængden af insektmidler • For Kina taler man om en reduktion i insekticidanvendelsen på 60-80%

23. Virus resistent papaya 50% af USA’s papaya produktion er idag GM virus-resistent (Hawaii)

25. Brookes G and Barfoot P (2006): Global impact of biotech crops: Socio-economic and environmental effect in the first ten years of commercial use. AgbioForum 9, 139-151 • Forøget nettoindkomst for GM-dyrkerne på US$ 27 milliarder • Reduktion i pesticid forbruget på 224.000 tons aktivt stof • 15% reduktion i den såkaldte ”Environmental Impact Quotient” (EIQ), som er et mål for mængden af aktivt stof, giftighed og nedbrydnings-hastighed • Dyrkningen af GM-afgrøder har ført til en reduktion i udledningen af CO2 på 1 mill tons på grund af mindre kørsel i marken og 8 million tons CO2 er blevet bundet i jorden på grund af reduceret jordbearbejdning • Dyrkningen af især GM-bomuld har ført til forøget indtjening i udviklingslandene og har haft positive effekter på landarbejdernes sundhed.

26. Monsanto: Forskning og udvikling

27. Mars og Venus Amerikansk lovgivning: Bestemt af plantens ka-raktertræk Europæisk lovgivning: Bestemt af den anvend-te forædlingsteknik

28. Forbedring af: • Fosfatudnyttelsen • Aminosyre sammensætningen • Fordøjelsen af cellevægge • Fordøjelse af stivelse Reduceret N og P udledning til omgivelserne

29. ++ Zn O O P O H ++ O Ca Fe O O 4 3 O P O O O O O O H O O P O 5 2 ++ P Mg HO O O O H H H 6 1 P H O ++ O P Ca O O Fytinsyre • Fytinsyre er generelt set ufordøjeligt for enmavede dyr. ++ • Fytinsyre er den vigtigste antinutritionelle komponent og hæmmer biotilgænge-ligheden af især zink, kob-ber, calcium og jern. • Fytinsyre hæmmer biotil-gængeligheden af amino-syrer/ protein og stivelse

30. Fytase Al konventionel svinefoder er idag tilsat fytase

31. Byg/hvede Majs Fordøjeligt fosfor, g/kg foder Tilsætning af mikrobiel fytase (FTU/kg) Johansen og Poulsen 2003

32. Transformation af byg og hvede • Der er udviklet GM-sorter af sojabønner, lucerne og raps, der er ligeså effektive til at nedbryde fytinsyren som tilsat fytase • Syngenta har udviklet GM-majs, der laver så store mængder fytase, at majskernerne kan bruges som additiv • Vi har udviklet en række hvede og byg GM-linier, der producerer store mængder af fytase, herunder varmestabile fytaser • Vi er ved at karakterisere byggens og hvedens egne fytasegener og vil bruge dem til udvikling af såvel konven-tionelle som gensplejsede byg og hvede prototyper Guldpartikel bombardment Byg og hvede transformation Umodne embryoer Promoter type Regeneration af transgene planter på Bialaphos Konstitutiv Endosperm specifik Småplanter regeneret fra kallus Molekylær og biokemiske analyser af afkom

33. Problemer vedrørende byg og hvedes aminosyresam- mensætning for anvendelse som svinefoder • Byg- og hvedekerner har et lavt indhold af essentielle aminosyrer, i særdeleshed lysin, threonin, methionin, leucin, valin og isoleucin (histidin og tryptophan). • Byg og hvede anvendt til svinefoder må derfor tilsæt-tes soja- eller rapsprotein, fiskemel eller industrielt fremstillede aminosyrer. • Byg- og hvedekerner indeholder et for højt indhold af aminosyrerne glutamin og prolin. Disse kan ikke udnyttes fuldt ud af enmavede dyr, og den uudnyttede kvælstof udskilles og giver et unødvendigt højt kvælstofindhold i urinen.

34. Ideal protein - for svin Sojaskrå Byg Hvede Triticale Rå protein, % 44,2 10,2 9,8 10,0 Lysin, % 7,1 6,1 3,6 3,0 3,4 Methionin, % 1,8 1,3 1,6 1,5 1,7 Threonin, % 4,6 3,8 3,3 2,9 3,0 Tryptophan, % 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 Isoleucin, % 4,1 5,0 3,7 3,6 3,6 Leucin, % 8,1 7,6 6,7 6,5 6,4 Valin, % 5,4 5,2 5,0 4,6 4,9 Aminosyre sammensætning i forskelligt foder % af total aminosyre indhold Kilde: S. Boisen

35. B Bygkernens proteiner B-, C-, D- og g-hordein Meget dårlig aminosyreprofil (- svovl) C Hordein Dårlig aminosyreprofil (+svovl) B g D Albumin God aminosyre sammen-sætning Glutelin Globulin

36. B Bygkernens proteiner B-, C-, D- og g-hordein Meget dårlig aminosyreprofil (- svovl) C Dårlig aminosyreprofil (+svovl) B g D Albumin God aminosyre sammen-sætning Glutelin Globulin

37. % ændring i aminosyreindhold i GM byg GM 2 GM 1

38. Reduktion af ikke-essentielle aminosyrer i korn (fx 30 pct. reduktion ved genteknologi) Kilde: Danske slagterier

39. Transgenese Alle gener i alle organismer Samme art Konventionel forædling Genetisk modifikation Ny sort Ny sort

40. Cisgenese Alle gener i alle organismer Samme art Konvention forædling Genetisk modifikation Ny sort Ny sort

41. Tak for opmærksomheden