Tema: GMO

CRISPR kan bane vejen for flerårigt korn

GMO Afgrøder der kun skal sås én gang og derefter kommer igen flere år i træk, kan spare landmændene for en masse arbejde. Men før det kan ske, skal de flerårige sorter udvikles, så de kan give lige så stort udbytte som andre – og det tager tid. Nyt redskab kan accelerere udviklingen markant.

Drivhus The Land Institute

På The Land Institute i USA arbejder de med at udvikle planter, som kan forbedre landbruget

© Jacob Neergaard
Feature

De seneste år har forskere haft adgang til et vidunderværktøj i deres arbejde: gensaksen CRISPR, som kan redigere i gener og tænde og slukke for hvilken som helst egenskab, det skulle være.

Det nye værktøj er først og fremmest blevet udforsket inden for den medicinske verden – men der er også mange andre anvendelsesmuligheder: CRISPR har også et stort potentiale i forhold til fødevareproduktion i landbruget, og én af dem er at udvikle flerårige ris, hvede og andre afgrøder i landbruget i stedet for enårige, som skal sås hvert år.

Det er et interessant bud på en mere bæredygtig fødevareproduktion, fordi det bl.a. sparer pløjning og såning, og binder CO2.

Allerede nu har man i Asien udviklet flerårige risplanter, som kan give lige så høje udbytter som enårige over en femårig periode. For bl.a. hvede, solsikker, ærter og hirse er det længere væk, men både danske og amerikanske forskere spår, at vi om 10-20 år vil se flerårige afgrøder i landbruget.

Efterligner naturen

Ideen er inspireret af, at der i naturen findes masser af flerårige planter, som ligner de afgrøder, vi dyrker til fødevarer i landbruget. Men da vi, mennesker, for ca. 10.000 år siden begyndte at dyrke jorden, fokuserede vi på de enårige, som vi har udviklet og forædlet på lige siden. De flerårige planter er vi først lige begyndt at forædle, så vi er så at sige 10.000 år bagud med forædlingen.

Her kommer CRISPR ind i billedet. For skal vi arbejde med de traditionelle forædlingsmetoder, som baserer sig på tilfældige mutationer, så kommer det til at meget længere tid at forædle dem. Med teknologier som CRISPR kan vi derimod fremskynde udviklingen markant og springe nogen de 10.000 år over.

En vision om flerårige afgrøder

Ved The Land Institute i Kansas i midtvesten i USA har man siden 2003 lavet dyrkningsforsøg med flerårige afgrøder. En af de mest kendte er den hvedelignende ”Kernza”, som er en slags flerårig hvedeplante med meget lange rødder ned i tre meters dybde. I stedet for at så et lille frø hvert år, som skal vokse sig stort, er Kernza meget bedre stillet, fordi den allerede er etableret og klar til at vokse.

Det giver en meget stærkere plante med en høj produktion af biomasse, men desværre er det svært at få planten til at bruge sin energi på at lave korn, som kan høstes. Høstudbytterne af Kernza korn er under ti procent af de enårige. Dog er der allerede nogle nicheproducenter,som laver øl på Kernza-korn.

Ved the Land Institute er man dog fortrøstningsfuldi forhold til Kernzas potentiale og tester den på tredje år i intercropping (samdyrkning, red.) med lucerne, som fikserer kvælstof og er godt kvægfoder.

Brandon Schlautman, forskningsansvarlig på ærteblomstrede afgrøder,  fremhæver, at udbyttet for Kernza er minimalt, men til gengæld har det helt fantastiske egenskaber i forhold til kulstofbinding, formindsket erosion og nitratudvaskning.

Udover Kernza arbejder instituttet på flere forskellige udgaver af flerårige  fagrøder, som har helt forskellige udfordringer. The Land Institute, tilstræber at finde en flerårig pendant til, ris, hvede, majs samt en olie og proteinafgrøde.

David Van Tassel, forskningsleder for olieafgrøder ved The Land Institute,  arbejder med ”Silphium”, en flerårig solsikke, som formår at have udbytter op til 50 procent af enårige solsikker. Her er dog problemer med, at planterne laver blomster løbende, som modner på forskelligt tid, så det undersøges, om det er bedst med et eller flere blomsterhoveder, og hvordan man får det til at modne samtidigt.

Følger gammel idé

Ideen er gammel, og The Land Institute’s grundlægger Wes Jackson arbejdede allerede med ideen i 70’erne. I dag fortæller Fred Lutzi, CEO ved The Land Institute, at tiden er moden til flerårige afgrøder. Der arbejdes med mange forskellige afgrøder, og der er på nuværende tidspunkt 45 forskellige organisationer fra hele verden involveret i forskningen.

“Vi har proof of concept og har vist, at det kan lade sig gøre, og der er potentiale til, at det udbredes til mange forskellige afgrøder,” fortæller Fred Lutzi.

Den langsigtede vision for The Land Institute er at skabe et landbrug udelukkende baseret på flerårige afgrøder i stedet for enårige, og derudover på principper om variation og diversitet gennem samdyrkning (intercropping). Ideen er, at lave dyrkningssystemer, der ligesom naturlige økosystemer består af forskellige flerårige arter.

Fred Lutzi understreger, at det er nødt til at virke, fordi vi har brug for det og de fordele, det giver for klima, miljø og biodiversitet – de såkaldte økosystemtjenester. Et fremtidsscenarie uden er ifølge ham uacceptabelt, fordi enårige, monokulturelle dyrkningssystemer skaber mange problemer for miljø og klima. 

CRISPR kan fremskynde processen

Michael Palmgren, professor ved Københavns Universitets Institut for Plante- og Miljøvidenskab og leder af den interdisciplinære tænketank Plants for a changing world, deler visionen om flere flerårige afgrøder til landbruget og forestiller sig, at CRISPR vil kunne bidrage til at forædle dem mere effektivt.

”CRISPR kan ikke udrette noget, som vi ikke kan opnå med traditionel forædling, men kan gøre det hurtigere og mere målrettet. For eksempel er det et problem med Kernza, at den ikke er dryssefast, hvilket resulterer i spild af kerner. Kornsorter som majs og ris er til gengæld ekstremt dryssefaste fordi det gen, der styrer frigivelsen af kernen, er blevet svækket af en mutation, der opstod tilfældigt tidligt i disse planters domesticeringsproces. Dette gen findes også i Kernza, men i tre udgaver. Ved almindelig selektion i store populationer af Kernza vil det i teorien være muligt at finde varianter af disse gener, der også er svækkede, og ved krydsning få en plante, hvor alle de tre udgaver er svækkede. Med CRISPR vil man i princippet kunne gå ind og mutere alle tre gener på en gang”, forklarer Michael Palmgren.

Ifølge ham er der flere led i processen, inden man kan redigere med gensaksen CRISPR. Blandt andet skal planternes gener kortlægges, så kan ved, hvor i planternes arvemasse der skal klippes. Men både Michael Palmgren og forskerne ved The Land Institute er fortrøstningsfulde om, at det inden for en overskuelig årrække vil være muligt at skabe konkurrencedygtige flerårige afgrøder, som kan være fundamental for en mere bæredygtig fødevareproduktion.