Fremtidens juletræ er klonet og måske gensplejset

Publiceret April 2006

Julen er familiens, hjemmebagets og traditionernes tid. Man skulle tro, at det var det sidste sted, hvor kloning og gensplejsning ville snige sig ind. Når det alligevel er ved at ske, er det fordi Danmark er Europas største eksportør af Nordmannsgran, som bruges til juletræer. Juletræsproduktionen er for mange skovbrug den vigtigste indtægtskilde, og nye teknikker til at forbedre høstudbyttet og kvaliteten af Nordmannsgran er derfor vigtige for det danske skovbrug (Fig. 1). 

Nordmannsgranplantage
Fig. 1. Nordmannsgranplantage. Træerne i forgrunden er beregnet til produktion af juletræer. Træerne i baggrunden bruges til klipning af pyntegrønt. Kun 50-60 % af træerne i forgrunden er af en kvalitet, der kan bruges til juletræer. Resten må kasseres. Ved kloning af elitetræer forventes det, at udnyttelsesprocenten kan øges til ca. 80 %. (Dansk Juletræsdyrkerforening)

Tålmodighed er en nødvendighed, når man arbejder med traditionel forædling af træer, fordi træer først sætter blomster når de er 25-30 år gamle. Vore skovtræer er derfor langt mindre forædlede end andre landbrugsafgrøder. En stor del af de træer der dyrkes i dag må i realiteten beskrives som af ‘vild’ oprindelse. Planterne stammer nemlig fra frø, som er indsamlet i en naturlig skov. For Nordmannsgrans vedkommende indsamles en stor del af de bedste frø stadig fra den naturlige bestand af træer i Kaukasus.

Bioteknologiske metoder vil i de kommende år blive kombineret med traditionelle forædlingsmetoder og det vil åbne helt nye muligheder inden for skovbruget verden over.

Gensplejsning er en af mulighederne inden for disse metoder. Træer er dog meget forskellige fra en- og toårige afgrøder, og der er stadig mange uafklarede forhold, som skal undersøges før gensplejsning vil blive tilladt for produktion af skovtræer i kommerciel målestok.

Gensplejsning af træer

Gensplejsede skovtræer vil komme i kommerciel produktion flere steder i løbet af en årrække, og der er allerede nu indsat fremmede gener i adskillige arter af træer. Der er stadig tale om gener svarende til ’1 generation’ i landbruget, nemlig egenskaber som insektresistens og herbicid tolerance.

Gensplejsning af træer har været sværere end gensplejsning af de en- og toårige planter. Det har været muligt, at gensplejse celler fra træer, men man har ikke haft metoder til at producere planter fra de gensplejsede celler. Det har ændret sig i det sidste årti, hvor det er blevet muligt at producere træer fra enkeltceller ved en teknik, som kaldes somatisk embryogenese. Teknikken har åbnet for helt nye muligheder, fordi den også er en meget effektiv metode til kloning af træer. I takt med at denne kloningsteknik bliver bedre, vil der blive tekniske muligheder for gensplejsning af stadig flere af de økonomisk vigtige skovtræer.

Somatisk embryogenese

Ved somatisk embryogenese (soma = krop, embryogenese = fosterudvikling) dannes (somatiske) kim fra celler i planten uden forudgående kønnet formering. Kimene ligner fuldstændig kim, der er dannet i et frø ved bestøvning (zygotiske kim), og de udvikles på samme måde som kimene i frø.

Forskellen er, at de somatiske kim vokser og udvikles under sterile forhold i plastikskåle eller flasker på et laboratorium, og at man kan få dem til at dele sig igen og igen. I en lille plastikskål på 10 cm i diameter kan man have mange tusinde planter – nok til en lille skov - som alle er ens, ligesom enæggede tvillinger. Hver enkelt lille kim kan udvikles til et nyt træ (Fig. 2).

Kloning af nordmannsgran ved somatisk embryogenese
Fig. 2: Kloning af nordmannsgran ved somatisk embryogenese: A: Embryogene vævskulturer initieres fra kim, som er dannet gennem en kontrolleret krydsning. B: Den resulterende embryogene kultur. De somatiske kim deler sig til stadighed og en petri-skål indeholder flere tusinde små somatiske kim. Antallet fordobles i løbet af ca. 14 dage. På dette stadie i processen kan kulturerne nedfryses i flydende kvælstof (-196°C) og/eller tilføres nye egenskaber ved genteknologi. C: Modne somatiske kim ligner modne kim fra frø. D-E: Spirede kim F: Planter ca. otte måneder efter overførsel til tørve-briketter. G: Planter på åben mark.

På Celle- og Vævslaboratoriet i Botanisk Have har vi kulturer af somatiske kim, som har vokset i ca. 10 år. Hver anden uge har de fordoblet deres antal, og man er nød til at flytte en lille del af en klump til frisk vækstsubstrat. Somatisk embryogenese er altså en meget effektiv metode til at klone elitetræer.

En yderligere fordel er, at man kan nedfryse sine kulturer i flydende kvælstof ved – 196 C og opbevare dem i næsten uendelig tid. Det betyder, at alle kloner – gensplejsede eller ej - kan opbevares i en genbank indtil markforsøg har vist hvilke, der er de absolut bedste.

Juletræer

I et samarbejde mellem Celle- og Vævslaboratoriet i Botanisk Have og Forest Research i New Zealand er de første gensplejsede Nordmannsgran allerede produceret. Der er produceret mere end 2000 gensplejsede planter. (Fig. 3). Nogle af disse planter er i dag 5 år gamle og ville være klar til udplantning, men formålet er foreløbig at udvikle et modelsystem for undersøgelser af fordele og ulemper ved gensplejsning af skovtræer. Når disse forhold er afklaret kan gensplejsede juletræer vise sig som et attraktivt og miljøvenligt alternativ til f. eks kemisk bekæmpelse af skadedyr som insekter.

2006_2 jf_figur-3.jpg
Fig. 3. A. Blåfarvede kim svarende til foto B i Fig. 2 fra en gensplejset cellekultur af nåletræer. Den embryogene cellekultur er blevet gensplejset med genet uidA . Genet får cellerne til at producere et stof, der kan farves blåt. Dette gen har ikke nogen praktisk betydning for cellerne eller planten. Man er oven i købet nød til at slå de små plantekim ihjel for at påvise den blå farve, og man kan altså ikke lave blå juletræer vha. dette gen! B. Modne gensplejsede kim svarende til foto C i Fig. 2. C. Gensplejsede planter, der er overført til jord.

Ved produktion af Nordmannsgran er insektangreb et meget stort problem, og i kommerciel produktion er man nød til at bruge sprøjtegifte for at beskytte planterne mod insektangreb (Fig. 4). Den udbredte brug af sprøjtegifte er problematisk da giftrester udgør en alvorlig risiko for langvarig påvirkning af omgivelserne og for grundvandet.

Nordmannsgran dyrkes i monokulturer
Fig.4. Nordmannsgran dyrkes lige som vores landbrugsafgrøder i monokulturer, hvilket øger risikoen for sygdomme og insektangreb. Samtidig er det en flerårig afgrøde, hvor udseendet har stor betydning. Billedet viser resultatet af angreb med alm. ædelgranlus (Dreyfusia nordmanniana), en æglæggende art af bladlus der om foråret suger næring fra undersiden af især unge nåle. Nålene krøller sammen og visner. Bekæmpelse af ædelgranlus sker ved at fjerne angrebne træer og ved at sprøjte med insektgifte. (Dansk Juletræsdyrkerforening)

Derfor er der allerede i dag indført restriktioner på brugen af sprøjtegifte, og der findes ingen lovlig bekæmpelse over for nogle arter af insekter som f. eks snudebiller. I de danske statsskove bruges sprøjtegifte ikke mere, og i de kommende år vil lovkravene mod brugen af sprøjtegifte i det private skovbrug sandsynligvis bliver endnu strengere og et egentligt forbud er en mulighed.

Produktion af juletræer i den nuværende størrelsesorden er ikke mulig i Danmark uden bekæmpelse af skadedyr. Man må derfor prøve at udvikle mere miljøvenlige sprøjtemidler, eller fremstille træer, som er mindre udsatte for insektangreb. At fremstille insektresistente planter gennem traditionel forædling er meget vanskeligt og selv i bedste fald en meget tidskrævende proces. Ved en kombination af gensplejsning og kloning kunne det derimod være muligt at fremstille insektresistente træer på relativt kort tid.

Insektresistente juletræer

For at udvikle insektresistente Nordmannsgran kunne man f. eks bruge et gen som findes i Vintergæk (Fig. 5). Genet koder for et stof, lectin (galanthus nivalis agglutin), som kan udvindes fra knoldene af Vintergæk, og som har vist sig at være giftigt for insekter. Genet kan isoleres fra Vintergækkernes DNA, og det er tidligere med godt resultat blevet indbygget i andre arter af planter som kartoffel, tobak og raps.

Genet som måske kunne gøre vore Nordmannsgran modstandsdygtige over for insekter, er altså ikke et nyt eller fremmed gen i den danske natur. Det har hele tiden siddet i de Vintergækker, vi dyrker i vore haver. Der har det siddet uden at genere andre end de insekter, som vil gnave i Vintergækkens underjordiske knolde.

Genmodificerede Nordmannsgran hvor ’lectin-genet’ er indbygget, vil muligvis reducere eller eliminere behovet for brugen af sprøjtegifte mod insekter i produktionen af juletræer.

Teknikken er stadig ny for træer og der er stor usikkerhed over for disse metoder. Derfor er det nødvendigt med grundige vurderinger af effekten på den omgivende natur før de gensplejsede træer kan bruges i kommerciel produktion.

I forhold til en risikovurdering har indsættelsen af et gen, der inducerer insektresistens nogle klare fordele, fordi effekten er relativ nem at måle og i første omgang kan undersøges i et kontrolleret system som f. eks et lukket væksthus.

Juletræer som modelsystem

Der er lavet mange undersøgelser for at vurdere hvilke risici der er forbundet med gensplejsning af de en- og toårige afgrøder. Resultaterne fra disse kan dog ikke overføres direkte til gensplejsede træer. Træer kan leve i mange år og udgør ofte et helt lille univers, hvor insekter og andre små dyr lever hele deres liv.

Vintergæk
Fig. 5 For at udvikle insektresistente
Nordmannsgran kunne man f. eks bruge et
gen som findes i Vintergæk. Genet koder for
et stof, lectin (galanthus nivalis agglutin),
som kan udvindes fra knoldene af Vintergæk,
og som har vist sig at være giftigt for bladlus.
Genet som måske kunne gøre vore
Nordmannsgran modstandsdygtige over for
insekter, er altså ikke et nyt eller fremmed
gen i den danske natur. Det har hele tiden
siddet i de Vintergækker, vi dyrker i vore
haver. Der har det siddet uden at genere
andre end de insekter, som vil gnave i
Vintergækkens underjordiske knolde.

Fra et produktionsmæssigt synspunkt kan man frygte, at f.eks. insektresistens opnået ved gensplejsning af træer kun er effektiv i en kortere årrække. Selv om træerne producerer et stof som er giftigt for insekter, kan en lille del af insekterne i juletræsplantagerne måske være modstandsdygtige over for stoffet. Sådanne insekter vil opformere sig hurtigt, og efter en kortere årrække kan problemerne med insektskader være nøjagtig som i en ikke gensplejset bevoksning.

Ofte er det en fordel, at man ikke slår alle skadedyr ihjel, men i stedet prøver at holde bestanden på et niveau, som ikke er ødelæggende for træerne. For insektresistens i træer kan blandede bevoksninger af gensplejsede træer og ikke gensplejsede træer vise sig at være en fordel. Insektangreb og skader kan holdes på et acceptabelt niveau i hele bestanden af træer, og man reducerer selektionspresset, så modstandsdygtige insekter ikke kan optræde i et antal, der kan medføre voldsomme skader på træerne. Samtidig giver denne form for bevoksninger, i modsætning til brug af sprøjtegifte, mulighed for at alle de ikke skadelige insekter kan overleve.

For at undersøge denne slags forhold er det nødvendigt, at etablere egentlige markforsøg. I Danmark vil Nordmannsgran være et ideelt modelsystem for undersøgelser af brugen af genmodificerede træer i intensivt skovbrug.

  • Nordmannsgran er ikke en naturlig del af den danske flora og har ingen naturligt forekommende slægtninge i Danmark.
  • Normalt vil en juletræsplantage blive afviklet i løbet af 10 år, hvilket betyder at træerne ikke når at komme i blomst.
  • Produktionen af juletræer og pyntegrønt er meget intensiv og foregår på klart afgrænsede områder der overvåges løbende.

Risikoen for at gensplejset DNA spredes gennem pollen til den danske natur er derfor minimal.

Derfor er der ingen grund til at lade udsigt til gensplejsede juletræer ødelægge julestemningen.

Offentliggjort på www.planteforskning.dk December, 2005. Gengivet efter aftale.