A mezőgazdaság egyik alapjai a talajba juttatott foszfátionok PO43-, amely a növények által könnyedén fölvehető, ebből fedezik a foszforigényüket. Azonban a foszfát jelenleg nem-megújuló nyersanyag, azaz a magas foszfáttartalmú kőzeteket bányákból hozzák a felszínre, amikor elfogy a foszfát, kimerül a bánya, új foszfátgazdag lelőelyet keresnek, ha találnak. A jelenlegi felhasználás mellett a foszfátkészletek néhány évtizedig tartanak ki, a cikkben 70-200 évet írnak, de a legkülönbözőbb becslések olvashatóak 50-300 év között. Mivel a készletek fogynak, a foszfát, ezáltal a mezőgazdasági termékek árai is emelkednek, a jövőben várhatóan még drágábban lehet majd hozzájutni. Mivel a foszfátion a növények számára egyedül hasznosítható foszforvegyület, jelenleg a művelt földek 67% -án a foszfor a termést legjobban befolyásoló tényező, vagyis a növekedést meghatározó tápanyag. Mivel a trágyával kiszórt foszfátot a talajlakó baktériumok hamar szerves foszforvegyületekké alakítják, így a földekre juttatott foszfátnak 20-30% -át hasznosítják ténylegesen a haszonnövények. A fölös foszfor a vizekbe jutva mérgező algák elszaporodását segíti, nagyban károsítja a vizek élővilágát.
Azonban nem a foszfát az egyetlen foszforvegyület, létezik egy foszfit nevű PO33- képletű ion is, amelyet sokkal kevesebb mikróba hasznosít, mint a foszfátot, jobban oldódik vízben, csak éppen a haszonnövényeink sem tudják fölvenni a talajból, így nem is alkalmas trágyázásra. No de mire találták ki a rekombináns DNS technológiát?
A szerzők fogtak egy foszfithasznosító baktériumot, a Pseudomonas stutzeri WM88 nevű törzset, amelynek ismert a PtxD enzimje, amelyik egy foszfitionból és egy NAD+ molekulából szervetlen foszfátot és NADH -t állít elő. A ptxD gént lúdfűbe (Arabidopsis thaliana) juttatták, majd ezeket a növénykéket foszfátot és foszfitot tartalmazó táptalajra juttatták. Ennek az eredménye látható az eslő A ábrán, a Pi táptalaj egyedül foszfátot tartalmazott, a Phi táptalaj egyedül foszfitot, mint foszforforrást. A lemez négy negyedéből a “wt” negyedbe vad típusú lúdfüvet vetettek, a többi három negyedbe pedig a ptxD gént a genom három különböző pontján hordozó lúdfüveket. Mint látható, mind a négy törzs vígan nő foszfáton, de a mezei lúdfű elpusztul foszfiton, mígy a PtxD enzim segítségével a többi három törzs vígan nő foszfiton is. A B ábra a növénykék gyökérzetét mutatja, a C ábra gyakorlatilag ugyanezt mutatja, csak itt talajba ültették a magokat és ott figyelték a növekedésüket, foszfát és foszfittrágyázás után, látható, hogy a GM-lúdfüvek jól nőnek foszfiton is.
Hogy megnézzék, más növényekben is működik -e a rendszer, dohánynövényekbe is bejuttatták a ptxD gént, nem meglepő módon a GM-dohány is elélt foszfiton. Ezt mutatja a második ábra, foszfátpótlás nélkül a vad típusú dohányhoz hasonlóan nőttek a növénykék, foszfáttrágyázás hatására mindkét törzs egyedei szép nagyra nőttek, viszont foszfittrágyázás hatására csak a GM-dohánynövénykék nőttek meg, a nem-GM-dohányok csenevészek maradtak. Megmérték a növényi részek foszfittartalmát is, azt tapasztalták, hogy a foszfittrágyán nevelt növénykék szöveteiben is a kimutathatósági határnál kevesebb foszfit található, amit fölvettek, azt foszfáttá alakították.
Mivel az eddigi kísérleteket csíramentes talajjal végezték, meg akarták tudni, hogy vajon ugyanezt látják -e olyan talajban is, amelyben mikróbák is élnek? A B ábra a fosztfát illetve foszfittrágyázás dózisfüggését mutatja, különböző mennyiségű foszfát- illetve foszfittrágyázás hatására a két törzs egyedei különbözően növekednek. Meglepő módon azt tapasztalták, hogy a foszfittal trágyázott GM-növénykék 15-20% -kal több biomasszát állítottak elő, mint az ugyanennyi foszfáttal trágyázottak.
Itt viszont előkerül a foszfitnak egy kifejezetten előnyös tulajdonsága: Az elején már szóba került, hogy a foszfitot a növények nem hasznosítják. Igen ám, de a gyomok is növények. Ha egy földet foszfittal trágyáznak, az a gyomok számára egy foszforsivatag, míg a PtxD-termények számára bőséges táptalaj. Vagyis ezzel megoldható lenne a vegyszermentes gyomirtás is, egyszerűen ugyanazon a földön a gyomok nem tudnak kinőni, mert nem jutnak foszforhoz, a vetés meg igen. Hogy ezt vizsgálják, két gyomnövényt használtak a Brachypodium distachyont és az Ipomoea purpureát. A magjaikat egyszerűen összekeverték a dohánymagokkal és ugyanabba a földbe ültették őket. Az eredmény látható a harmadik ábrán: A trágyázatlan földben (“no P”) egyik növény sem nőtt igazán magasra, dohányt itt nem is látszik. A foszfáttal trágyázott földben (“phosphate”) elég jól nőtt mindhárom növény, láthatóan a dohánnyal keményen versengenek a gazok. Ellenben a harmadik edényben, ahol csak foszfittal trágyázták a növényeket, a gazok láthatóan rosszul nőnek, míg a dohánynövények gyönyörűen fejlődtek. A C ábrán a megtermelt biomassza mennyisége látható. Ez lenne a vegyszermentes gyomirtás egyik módja, egyszerűen olyan foszforvegyülettel lehetne trágyázni, amit a gyomok nem hasznosítanak, így szántás, gyomirtó permetezés, vagy bármilyen kezelés nélkül lehetne őket visszaszorítani. Mármint ha valaha engedélyezik, mert ugye ezek a növények vastagon GMOnak számítanak.
López-Arredondo, D.L., Herrera-Estrella, L., 2012. Engineering phosphorus metabolism in plants to produce a dual fertilization and weed control system. Nat Biotech 30, 889–893. doi:10.1038/nbt.2346
Koszi a cikket! Ha ez a technológia elterjedne, és mindenütt foszfittal trágyáznának, akkor megneznem, meddig tart, hogy a PtxD-t magukévá tegyék a gyomok is.
@Koopac: Arról sem vagyok meggyőződve, hogy most nem akad egy-két növény, amibe már rég átkerült a PtxD gén.
De ettől az még mindig óriási eredmény lenne, ha a gyomok 99% -tól megszabadulnánk.
@Sexcomb: Gondolom, most nem teng túl a foszfit a talajban, de ha ez a módszer elterjedne, akkor biztos lenne egy-két ilyen eset.
Ez is egy olyan stratégia, hogy a kívánt növénynek előnyt biztosítunk a gyomokkal szemben. Hasonló ahhoz, mint amikor növényi mérgekre rezisztens haszonnövéneket termesztünk (pl roundup). Óriási előnyt jelent, mert ugye nem kell gyomokkal foglalkozni, megnő a termelés stb. Viszont a horizontális géntranszfer miatt csak ideig-óráig alkalmazható. Ahol régóta használják, ott kezdenek terjedni a roundup-rezisztens szupergygyomok.
Kérdés, hogy egy kilátástalan ilyen fegyverkezési versenyben érdemes-e ennyi pénzt és energiát beleölni abba, hogy pár évig, talán évtizedig jó legyen nekünk.
Lehet, hogy igen, nem vagyok közgazdász. De nem szabad, hogy ezek az átmeneti kis sikerek eltereljék a figyelmet a probléma magváról: miért ennyire gyengék a haszonnövényeink, miért ilyen sebezhetők a művelt földek? Erre sincs persze egyszerű válasz, de érdemes lenne a monokultúra és a genetikai egyféleség táján keresgélni, és megpróbálni itt sikereket elérni. Pl gyorsan fel lehetne javítani tájfajtákat, sőt vad populációkat génmódosítással, ha tudnánk pontosan, milyen géneket kell megcélozni.
@Koopac: Nem a horizontális géntranszfer miatt, amennyire tudom, az összes eddig talált glifozátellenálló gyom a nulláról evolvált, egyik sem tartalmaz megszökött transzgént.
“Kérdés, hogy egy kilátástalan ilyen fegyverkezési versenyben érdemes-e ennyi pénzt és energiát beleölni abba, hogy pár évig, talán évtizedig jó legyen nekünk.”
Természetesen önként éhen is halhatunk, mondjuk én azt sem mondanám távlati tervnek.
Nézd tökéletes növényvédelem nem létezik. Bármilyen módszert kezdesz alkalmazni, a gyomok, rovarok, gombák, mifenék alkalmazkodni fognak hozzá előbb-utóbb. Ez éppen így igaz a hagyományos nemesítésre is, attól, hogy egy rezisztencia nem transzgénnel jött létre, a rovarok, gyomok, stb. éppen úgy alkalmazkodni fognak hozzá. Mi nem tehetünk mást, vagy folytatjuk a fegyverkezési versenyt, vagy elfogadjuk, hogy éhen halunk.
“De nem szabad, hogy ezek az átmeneti kis sikerek eltereljék a figyelmet a probléma magváról: miért ennyire gyengék a haszonnövényeink, miért ilyen sebezhetők a művelt földek?”
Azért, mert az energiáik jelentős részét teljesen fölöslegesen arra fordítják, hogy nekünk táplálékot temreljenek. A természetben egy növényi termés éppen csak akkora, hogy a célállat még megegye, és a növény éppen annyit termel belőle, hogy még szaporodni tudjon. Ráadásul a magjait általában telirakja mérgekkel, hogy minél többet megőrizzen belőle. Mi ezt mindet kinemesítettük belőlük, a haszonnövényeink röhejesen sokat teremnek, amire nekik semmi szükségük sem lenne. A kukorica jó példa, önmagában életképtelen a természetben, a kukoricacsövön fejlődő magok nem esnek le a csutakról, ha a földre hullik egy cső, a magok egymást fojtják csak meg. Nekünk nem erős, önállóan életképes növényekre/állatokra van szükségünk, így tízezer év óta nem is ilyeneket emesítünk.
“Erre sincs persze egyszerű válasz, de érdemes lenne a monokultúra és a genetikai egyféleség táján keresgélni, és megpróbálni itt sikereket elérni. Pl gyorsan fel lehetne javítani tájfajtákat, “
Olvasd el az Arctic Almás bejegyzést, ők pont ezt teszik. Megcsináltak egy génkazettát, amit minél több régi almafajtába be akarnak vinni. A probléma ezzel az, amit már sok helyen leírtam, hogy a jelenlegi szabályozás szerint minden új beépülést újra kell engedélyeztetni, vagyis bár technikailag lehetséges, hogy pofátlanul olcsón egyszerre ezer tájfajtát javítsunk fel ugyanazzal a génkazettával, ez jelenleg ezer, egymástól független, kifejezetten drága engedélyezési eljárást jelent. Ezzel a biotechnológia legnagyobb előnyétől fosztjuk meg magunkat.
Jó példa a MON810 kukorica. Kb. semmibe sem kerülne ugyanazt a Bt-toxint ezer másik kukoricafajtába bevinni, hogy megnehezítsük a kórokozók dolgát, ezek egy növényes laborban ujjgyakorlatnak számítanak, az asszisztensek végzik. Egyetlen bibi, hogy az EUban csak a MON810 engedélyezett (már ahol), az összes többi kukoricafajtát megcsinálhatod, de sohasem viheted majd ki az üvegházból.
“sőt vad populációkat génmódosítással, ha tudnánk pontosan, milyen géneket kell megcélozni. “
Tudjuk. Egy második generációs szekvenálással egy-két ezer dollárból le lehet szekvenáltatni egy egész genomot, a bioinformatikai részét egy hónap alatt megcsinálják neked, teljesen ismeretlen genomokkal is elboldogulnak viszonylag olcsón. A probléma megint az engedélyeztetés idő és költségvonzata. GM-kukoricát meg szóját biztonságos készíteni, mert nagy területen vetik, el tudod adni, megtérül az engedélyeztetésbe befektetett pénz. Mondjuk GM-amarántot már sokkal kockázatosabb, mert jelenleg nem termesztik nagy területen, beleölsz egy csomó pénzt, aztán ha népszerűvé válik, talán hasznot is látsz belőle, ha nem, akkor meg elbuktad. Ha ép eszű engedélyeztetési eljárásokat végeznénk, ez a probléma nem létezne és sokkal kisebb területen vetett növényekbe is belevágnánk.