Ero hybridi- ja muuntogeenisten siementen välillä

Hybridi-siemenet

Hybridi syntyy, kun kaksi saman lajin geneettisesti erilaista vanhempaa kasvia ristipölytetään. Pölyttämisen aikana uroksen siitepöly hedelmöittää naaraspuolisten munasarjojen sukusoluja jälkeläisten siementen tuottamiseksi. Uros- ja naaraskasvien geenimateriaali yhdistyvät niin kutsuttuihin ensimmäisen sukupolven (F1) hybridi-siemeniin.

Luonnossa:

Kukkivat kasvit ovat kehittäneet erilaisia ​​mekanismeja tuottaakseen monimuotoisilla geneettisillä ominaisuuksilla olevia jälkeläisiä paremman selviytymismahdollisuuden saavuttamiseksi muuttuvissa ympäristöissä.

Dicliny on yksiseksuaalisten (toisin kuin hermafrodiitti) kukien esiintyminen. Kaksijaksoiset kasvit kantavat uros- ja naaraskukkia erillisillä kasveilla (toisin kuin yksikerroksiset, jotka kantavat molemmat samassa kasvassa). Tämä pakottaa ristipölyttämään.

Dichogamy on ajankohtainen ero anterin ja stigma-kypsyyden välillä (miesten ja naisten lisääntymiskasvien elimet), mikä taas rohkaisee ristipölytystä. Protandrylla tarkoitetaan anterin epäröimistä (kypsymistä) ennen leimautumisen vastaanottoa, kun taas protogyny voidaan nähdä päinvastaisena skenaariona.

Itsensä yhteensopimattomuus (siitepölyn hylkääminen samasta kasvista) ja herkogamia (porkojen paikallinen erottaminen ja leimaaminen) varmistaa, että itsehedelmöitys vältetään.

Itseyhteensopivuus on jaettu heteromorfisiin ja homomorfisiin tyyppeihin. Kasveilla, joissa on distyle (2 kukkatyyppiä) tai tristyle (3 tyyppiä) heteromorfisia kukkia, on näkyviä eroja lisääntymisrakenteissa kunkin tyypin välillä. Vain erityyppiset kukat ovat yhteensopivia pölytyksen kanssa leimautumisen ja tyylikorkeuden vuoksi. Homomorfisilla kukilla, vaikka morfologisesti samat (ulkonäöltään), on yhteensopivuus geenien hallitseman kanssa. Mitä enemmän siitepölyn ja munasolujen (naissukusolujen) geneettinen samankaltaisuus on, sitä todennäköisemmin ne ovat yhteensopimattomia hedelmöityksen kannalta. [I]

Kaupallinen käyttö:

Vaikka hybridisaatio tapahtuu luonnossa luonnossa, kasvinjalostajat voivat hallita sitä kasvien kehittämiseksi kaupallisesti toivotulla ominaisuuksien yhdistelmällä. Esimerkkejä ovat tuholaisten, tautien, pilaantumisen, kemikaalien ja ympäristörasitusten, kuten kuivuuden ja pakkanen, kestävyys sekä saannon, ulkonäön ja ravintoprofiilin parantaminen.

Hybridejä tuotetaan huipputeknisissä ympäristöissä, kuten peitetyillä viljelyalueilla tai kasvihuoneissa. Esimerkkejä uusista viljelykasveista, jotka ovat olemassa vain hybrideinä, ovat rypsi, greippi, sokerimaissi, kantalupit, siemenettömät vesimelonit, tangelot, klementiinit, apriumit ja moniväriset. [ii] Hybridilajeja tutkittiin Yhdysvalloissa 1920-luvulla, ja 1930-luvulle mennessä hybridi-maissi oli tullut laajalti käytetyksi. [iii]

Hybridisaatio sai alkunsa Charles Darwinin ja Gregor Mendelin teorioista 1800-luvun puolivälissä. Aivan ensimmäinen menetelmä, jota viljelijät käyttävät, tunnetaan maissin puhdistamisena, jossa emoviljakasvien siitepöly poistetaan ja istutetaan isäkasvien rivien väliin varmistaen, että pölytys tapahtuu vain isän siitepölystä. Emakasveista korjatut siemenet ovat siis hybridejä. ⁱⁱ Kasvien uroselinten rakenteiden manuaalinen poisto tunnetaan käsien emaskulaationa.

Sukupuolen modifiointi on toinen menetelmä, jonka viljelijät ovat ottaneet käyttöön kasvinjalostuksen ohjaamiseksi. Sukupuolen ilmentymistä voidaan hallita muuttuvilla tekijöillä, kuten kasvien ravinnoilla, valon ja lämpötilan altistuksella sekä fytohormonien kanssa. Kasvihormonit, kuten auksiinit, eetteri, erthefon, sytokiniinit ja brassinosteroidit, samoin kuin matalat lämpötilat aiheuttavat siirtymisen kohti naisten sukupuoliekspressiota. Gibberelliinien, hopeanitraatin ja pthalimidin hormonikäsittelyt, samoin kuin korkeat lämpötilat, suosivat mieluisuutta. ^minä

Patentointi ja taloudelliset huolenaiheet

F1-sukupolvi on ainutlaatuinen lajike, joka ristitään oman sukupolven kanssa F2-sarjan tuottamiseksi johtaa kasveihin, joissa on uusia, satunnaisia ​​geneettisiä yhdistelmiä emä-DNA: sta. Tästä syystä F1-siemenet myöntävät tuottajilleen patenttioikeudet, koska samat siemenet on ostettava vuosittain istutusta varten.

Vaikka hybridi-siemenet ovat hyödyllisiä, ne ovat liian kalliita käytettäväksi kehitysmaissa, koska siementen kustannuksiin liittyy vaatimus kalliista koneista hedelmöitykseen ja torjunta-aineiden levitykseen. Vihreä vallankumous, kampanja, jonka tarkoituksena oli levittää hybridi-siementen käyttöä elintarvikkeiden lisääntymiseen, oli tosiasiallisesti taloudellisesti haitallinen maaseudun viljelijäyhteisöissä. Tähän liittyvät korkeat ylläpitokustannukset pakottivat viljelijät myymään maansa maatalousyrityksille, mikä kasvatti rikkaiden ja köyhien välistä kuilua entisestään.

Muuntogeeniset siemenet

Rekombinantti-DNA-tekniikka sisältää organismien geenien silmukoinnin, jopa eri lajeista (jotka eivät koskaan voineet kasvaa luonteeltaan), jotta saadaan "siirtogeeninen" organismi. Seksuaalisen lisääntymisen sijasta geneettisesti muunnetun organismin eli "GMO: n" luomiseen käytetään kalliita laboratoriotekniikoita. ⁱⁱ

menetelmät:

Geenipyssyt ovat yleisin menetelmä vierasgeenisen materiaalin tuomiseksi yksisirkkaisten viljelmien, kuten vehnän tai maissin, genomiin. DNA on sitoutunut kulta- tai volframihiukkasiin, jotka kiihdytetään korkeilla energiatasoilla ja tunkeutuvat soluseinämään ja kalvoihin, missä DNA integroituu ytimeen. Haittana on, että solukudosvaurioita voi tapahtua. [Iv]

Agrobakteerit ovat kasviloisia, joilla on luonnollinen kyky muuntaa kasvisoluja lisäämällä niiden geenit kasvi-isäntiin. Tämä geneettinen informaatio, joka on kannettu erillisestä DNA-renkaasta, joka tunnetaan plasmidina, koodaa tuumorin kasvua kasvussa. Tämä mukautuminen antaa bakteerille mahdollisuuden saada ravintoaineita tuumorista. Tutkijat käyttävät Agrobacterium tumefaciens vektorina haluttujen geenien siirtämiseksi Ti (tuumoria indusoiva) plasmidin kautta kaksisirkkaisiin kasvilajeihin, kuten perunoihin, tomaateihin ja tupakkaan. T-DNA (transformoiva DNA) integroituu kasvi-DNA: han ja kasvi ilmentää näitä geenejä. [V]

Mikroinjektiot ja elektroporaatio ovat muita menetelmiä geenien siirtämiseksi DNA: han, ensimmäinen suoraan ja toinen huokosten kautta. Äskettäin CRISPR-CAS9- ja TALEN-tekniikat ovat nousseet entistä tarkemmin menetelmiksi genomien muokkaamiseksi.

DNA: n siirtymiä tapahtuu myös luonnossa, pääasiassa bakteereissa sellaisten mekanismien kautta kuin transposonien (geneettiset elementit) ja virusten aktiivisuus. Näin monta taudinaiheuttajaa kehittyy antibioottiresistentiksi. ^iv

Kasvien perimää muutetaan sisällyttämään piirteitä, joita ei voida esiintyä lajeissa luonnossa. Nämä organismit on patentoitu käytettäväksi elintarvike- ja lääketeollisuudessa muun muassa bioteknologian sovelluksissa, kuten lääkkeiden ja muiden teollisuustuotteiden tuotannossa, biopolttoaineissa ja jätehuollossa. ⁱⁱ

Kaupallinen käyttö:

Ensimmäinen ”geneettisesti muunnettu” geneettisesti muunnettu sato oli antibioottiresistentti tupakkakasvi, tuotettu vuonna 1982. Herbisidi-vastustuskykyisten tupakkakasvien kenttäkokeet Ranskassa ja Yhdysvalloissa seurasivat vuonna 1986 ja vuotta myöhemmin belgialainen yritys, joka oli muuntogeeninen hyönteistenkestävä. tupakkaa. Ensimmäinen kaupallisesti myytävä muuntogeeninen ruoka oli virusresistentti tupakka, joka saapui Kiinan kansantasavallan markkinoille vuonna 1992. ^iv "Flavr Savr" oli ensimmäinen muuntogeeninen viljelykasvi, jota myytiin kaupallisesti Yhdysvalloissa vuonna 1994: mätänkestävä tomaatti, jonka oli kehittänyt Calgene, yritys, jonka myöhemmin osti Monsanto. Samana vuonna Eurooppa hyväksyi ensimmäisen geeniteknisesti valmistetun sadon, rikkakasvien torjunta-aineesta tupakan. ⁱⁱ

Tupakka-, maissi-, riisi- ja puuvillakasveja on muokattu lisäämällä geneettistä materiaalia bakteerista Bt (Basilli thuringiensis) sisällyttämään bakteerin hyönteistenkestävät ominaisuudet. Resistenssi kurkun mosaiikkivirukselle, muun muassa patogeenien kanssa, on saatu aikaan papaija-, peruna- ja kurpitsakasveille. "Round-up Ready" -kasvit, kuten soijapavut, kykenevät selviämään altistumisesta glyfosaattia sisältävälle rikkakasvien torjunta-aineelle, joka tunnetaan nimellä Round-up. Glifosaatti tappaa kasveja häiritsemällä niiden aminohapposynteesiä tekeviä aineenvaihduntareittejä. ^iv

Kasvien ravinneprofiileja on parannettu ihmisten terveyshyötyjen samoin kuin parannettu karjarehu. Maat, jotka luottavat siemen- ja palkokasveihin, joista luonnollisesti puuttuu aminohappoja, tuottavat muuntogeenisiä siemeniä, joissa on korkeammat aminohappojen lysiini, metioniini ja kysteiini pitoisuudet. Beetakaroteenilla rikastettu riisi on otettu käyttöön Aasian maissa, joissa A-vitamiinin puute on yleinen syy pienten lasten näköongelmiin.

Kasvien pharming on toinen osa geenitekniikkaa. Tämä on massakasvatettujen modifioitujen kasvien käyttö farmaseuttisten tuotteiden, kuten rokotteiden, valmistukseen. Kasvit, kuten talikressi, tupakka, peruna, kaali ja porkkana, ovat yleisimmin käytettyjä kasveja geneettisessä tutkimuksessa ja hyödyllisten yhdisteiden keräämisessä, koska yksittäisiä soluja voidaan poistaa, muuttaa ja kasvattaa kudosviljelmissä, jotta niistä muodostuu erottelemattomien solujen massa, jota kutsutaan känsä. Nämä kallussolut eivät ole vielä erikoistuneet toimintaan ja voivat siten muodostaa kokonaisen kasvin (ilmiö, joka tunnetaan nimellä totipotenssi). Koska kasvi on kehitetty yhdestä geneettisesti muunnetusta solusta, koko kasvi koostuu soluista, joissa on uusi genomi, ja osa sen siemenistä tuottaa jälkeläisiä samalla johdetulla ominaisuudella. ^v

Eettiset keskustelut ja taloudelliset vaikutukset

Vuoteen 1999 mennessä kaksi kolmasosaa kaikista Yhdysvaltain jalostetuista elintarvikkeista sisälsi muuntogeenisiä ainesosia. Vuodesta 1996 GMO: ien viljelyyn käytetty pinta-ala on lisääntynyt sata kertaa. Muuntogeeninen tekniikka on saanut aikaan lisääntyneitä sadon satoja ja viljelijöiden voittoja sekä vähentänyt torjunta-aineiden käyttöä etenkin kehitysmaissa. ⁱⁱ Viljakasvien geenitekniikan perustajat Robert Fraley, Marc Van Montagu ja Mary-Dell Chilton saivat vuonna 2013 maailman ruokapalkinnon elintarvikkeiden "laadun, määrän tai saatavuuden" parantamisesta kansainvälisesti. ^iv

GMO: ien tuotanto on edelleen kiistanalainen aihe ja maat eroavat toisistaan ​​patentointia ja markkinointia koskevissa säännöksissä. Huolenaiheita ovat muun muassa ihmisten ravinnon ja ympäristön turvallisuus ja kysymys elävien organismien muuttumisesta immateriaalioikeudeksi. Cartagenan bioturvallisuuspöytäkirja on kansainvälinen sopimus turvallisuusstandardeista, jotka koskevat muuntogeenisten organismien tuotantoa, siirtoa ja käyttöä.