Hybrid and GM Seeds
NASIONA HYBRYDOWE
Hybryda powstaje, gdy dwie odmienne genetycznie rośliny rodzicielskie tego samego gatunku są zapylane krzyżowo. Podczas zapylania pyłek z samca nawozi gametę z żeńskich jajników, aby wyprodukować potomstwo. Materiał genetyczny z roślin męskich i żeńskich łączy się w celu utworzenia tak zwanych nasion hybrydowych pierwszej generacji (F1).
W naturze:
Rośliny kwitnące rozwinęły różne mechanizmy, aby produkować potomstwo o zróżnicowanych cechach genetycznych, aby uzyskać większe szanse przeżycia w zmieniających się warunkach.
Dicliny to występowanie kwiatów jednopłciowych (w przeciwieństwie do hermafrodyty). Rośliny dwupienne niosą kwiaty męskie i żeńskie na osobnych roślinach (w przeciwieństwie do roślin jednopiennych, które przenoszą się zarówno w tej samej roślinie). Zmusza to do zapylenia krzyżowego.
Dichogamia jest czasową różnicą w dojrzałości pylników i pniaków (odpowiednio męskie i żeńskie organy reprodukcyjne), ponownie zachęcając do zapylenia krzyżowego. Protandria odnosi się do pękania (dojrzewania) pylli, zanim stygmat stanie się chłonny, podczas gdy protoginię można postrzegać jako przeciwny scenariusz.
Samozgodność (odrzucenie pyłku z tej samej rośliny) i herkogamia (przestrzenne oddzielenie pylników i napiętnowanie) zapewnia unikanie samozapylania.
Autokompatybilność dzieli się na typy heteromorficzne i homomorficzne. Rośliny o kwiatach hetero-morficznych (2 rodzaje kwiatów) lub tristyle (3 rodzaje) wykazują widoczne różnice w strukturach rozrodczych pomiędzy poszczególnymi typami. Tylko kwiaty różnych typów są kompatybilne z zapyleniem ze względu na piętno i styl wysokości. Homomorficzne kwiaty, chociaż morfologicznie takie same (z wyglądu), mają zgodność kontrolowaną przez geny. Im bardziej podobieństwo genetyczne między pyłkiem i zalążkami (kobiecych gamet), tym bardziej prawdopodobne jest, że są one niezgodne dla zapłodnienia. [I]
Użytek komercyjny:
Chociaż hybrydyzacja występuje naturalnie w przyrodzie, może być kontrolowana przez hodowców roślin w celu opracowania roślin o pożądanej komercyjnie kombinacji cech. Przykładami są odporność na szkodniki, choroby, psucie się, chemikalia i stresy środowiskowe, takie jak susze i mróz, a także poprawa wydajności, wyglądu i profilu składników odżywczych.
Hybrydy są produkowane w środowiskach o niskim poziomie technologicznym, takich jak przykryte pola uprawne lub szklarnie. Przykłady nowych upraw, które istnieją tylko jako hybrydy obejmują Canola, grapefruit, słodka kukurydza, cantaloupes, arbuzy bezpestkowe, tangelos, klementynki, apriony i pluots. [ii] Hybrydowe uprawy były badane w Stanach Zjednoczonych w latach 20. XX wieku, aw latach 30. XX wieku kukurydza hybrydowa stała się szeroko stosowana [iii].
Hybrydyzacja wywodzi się z teorii Karola Darwina i Gregora Mendla z połowy XIX wieku. Pierwsza metoda stosowana przez rolników znana jest pod nazwą usuwania kukurydzy, w której pyłki roślin matek kukurydzy są usuwane i sadzone między rzędami roślin ojcowskich, zapewniając zapylanie jedynie z pyłku ojca. Tak więc nasiona zebrane z roślin matecznych są hybrydami. ii Ręczne usuwanie męskich struktur narządów roślinnych, znane jest jako emasulacja dłoni.
Modyfikacja płci to kolejna metoda stosowana przez rolników w celu ukierunkowania hodowli roślin. Ekspresję płci można kontrolować zmieniając czynniki takie jak odżywianie roślin, ekspozycja na światło i temperaturę oraz fitohormony. Hormony roślinne, takie jak auksyny, eter, erthephon, cytokininy i brassinosteroidy, a także niskie temperatury, powodują przesunięcie w kierunku ekspresji płciowej płci żeńskiej. Hormonalne traktowanie giberelin, azotanu srebra i ptalimidu, a także wysokich temperatur, sprzyja faworyzowaniu męskości. ja
Obawy patentowe i gospodarcze
Pokolenie F1 jest unikalną odmianą, która po skrzyżowaniu z własnym pokoleniem w celu wyprodukowania serii F2, spowoduje, że rośliny będą miały nowe, losowe kombinacje genetyczne macierzystego DNA. Z tego powodu nasiona F1 dają swoim producentom prawa patentowe, ponieważ te same nasiona muszą być kupowane co roku do sadzenia.
Chociaż korzystne, nasiona hybrydowe są zbyt drogie w użyciu w krajach rozwijających się, ponieważ koszt nasion jest powiązany z wymogiem drogiej maszyny do fertygacji i stosowania pestycydów. The Zielona rewolucja, kampania mająca na celu rozpowszechnienie stosowania nasion hybrydowych w celu zwiększenia produkcji żywności, była faktycznie niekorzystna z ekonomicznego punktu widzenia w wiejskich społecznościach rolniczych. Wysokie koszty utrzymania zmusiły rolników do sprzedawania ziemi rolnikom, jeszcze bardziej poszerzając przepaść między bogatymi i biednymi.
GM NASIONA
Technologia rekombinacji DNA polega na łączeniu genów organizmów, nawet z różnych gatunków (które nigdy nie mogłyby rozmnażać się w przyrodzie), w wyniku czego powstaje "transgeniczny" organizm. Zamiast rozmnażania płciowego, do tworzenia genetycznie zmodyfikowanego organizmu lub "GMO" stosuje się drogie techniki laboratoryjne. ii
Metody:
Pistolety genowe są najczęstszą metodą wprowadzania obcego materiału genetycznego do genomów roślin jednoliściennych, takich jak pszenica lub kukurydza. DNA wiąże się z cząstkami złota lub wolframu, które są przyspieszane przy wysokich poziomach energii i przenikają przez ścianę komórkową i błony, gdzie DNA integruje się z jądrem. Wadą może być uszkodzenie tkanki komórkowej. [Iv]
Agrobakterie są pasożytami roślinnymi, które mają naturalną zdolność do transformacji komórek roślinnych poprzez wstawianie ich genów do gospodarzy roślinnych.Ta informacja genetyczna, prowadzona na pierścieniu oddzielnego DNA, znanego jako plazmid, koduje wzrost guza w roślinie. Ta adaptacja umożliwia bakteriom uzyskanie składników odżywczych z guza. Naukowcy używają Agrobacterium tumefaciens jako wektor przenoszący pożądane geny za pośrednictwem plazmidu Ti (indukującego nowotwór) do odmian roślin dwuliściennych, takich jak ziemniaki, pomidory i tytoń. DNA T (transformujący DNA) integruje się z DNA roślinnym, a geny te są następnie eksprymowane przez roślinę.
Mikrowstrzykiwanie i elektroporacja to inne metody przenoszenia genów do DNA, pierwsze bezpośrednio i drugie poprzez pory. Ostatnio pojawiły się technologie CRISPR-CAS9 i TALEN jako jeszcze bardziej precyzyjne metody edycji genomów.
Transfery DNA występują również w przyrodzie, głównie w bakteriach, poprzez mechanizmy takie jak aktywność transpozonów (elementy genetyczne) i wirusy. Oto jak wiele patogenów ewoluuje, aby stać się odpornymi na antybiotyki. iv
Genomy roślin zmodyfikowano tak, aby zawierały cechy, które nie mogą występować naturalnie u gatunków. Organizmy te są opatentowane do użytku w przemyśle spożywczym i medycznym, a także do innych zastosowań biotechnologicznych, takich jak produkcja farmaceutyków i innych produktów przemysłowych, biopaliwa i gospodarka odpadami. ii
Użytek komercyjny:
Pierwszą uprawą genetycznie modyfikowaną (GM) była odporna na antybiotyki roślina tytoniowa, wyprodukowana w 1982 r. Badania polowe na odporne na herbicydy rośliny tytoniu we Francji i USA nastąpiły w 1986 r., A rok później belgijska firma otrzymała genetycznie zmodyfikowaną odporność na owady. tytoń. Pierwsza komercyjna żywność modyfikowana genetycznie była odpornym na zarazki tytoniem, który wszedł na chiński rynek Chińskiej Republiki Ludowej w 1992 roku. iv "Flavr Savr" to pierwsza uprawa GM sprzedana w USA w 1994 roku: odporny na zgniliznę pomidor opracowany przez Calgene, firmę, która została później kupiona przez Monsanto. W tym samym roku Europa zatwierdziła swoje pierwsze genetycznie zmodyfikowane rośliny do sprzedaży komercyjnej, tytoń odporny na herbicydy. ii
Tytoń, kukurydza, ryż i rośliny bawełny zostały zmodyfikowane poprzez dodanie materiału genetycznego z bakterii Bt (Bakcyl thuringiensis) w celu włączenia właściwości odpornych na owady bakterii. Oporność na wirusa mozaiki ogórka, wśród innych patogenów, została wprowadzona do upraw papai, ziemniaków i squasha. Uprawy "Gotowe do zaokrąglenia", takie jak soja, są w stanie przetrwać wystawienie na działanie herbicydu zawierającego glifosat znanego jako Podsumowanie. Glifosat zabija rośliny poprzez zakłócanie szlaków metabolicznych syntetyzujących aminokwasy. iv
Profile odżywcze dla roślin zostały ulepszone dla korzyści dla zdrowia ludzi, a także dla ulepszonej paszy dla zwierząt gospodarskich. Kraje, które polegają na nasionach i roślinach strączkowych naturalnie pozbawionych aminokwasów, produkują nasiona GM o wyższych poziomach aminokwasów lizyny, metioniny i cysteiny. Ryż wzbogacony w beta-karoten został wprowadzony w krajach azjatyckich, gdzie niedobór witaminy A jest częstą przyczyną problemów ze wzrokiem u małych dzieci.
Plant pharming to kolejny aspekt inżynierii genetycznej. Jest to wykorzystanie zmasowanych modyfikowanych roślin do produkcji produktów farmaceutycznych, takich jak szczepionki. Rośliny takie jak rzeżucha, tytoń, ziemniak, kapusta i marchew są najczęściej stosowanymi roślinami do badań genetycznych i zbioru użytecznych związków, ponieważ poszczególne komórki można usuwać, zmieniać i hodować w kulturach tkankowych, aby stały się masą niezróżnicowanych komórek zwanych kostnina. Te komórki kalusa jeszcze nie wyspecjalizowały się w funkcji i dlatego mogą tworzyć całą roślinę (zjawisko znane jako totipotencja). Ponieważ roślina rozwinęła się z pojedynczej genetycznie zmienionej komórki, cała roślina będzie składać się z komórek z nowym genomem, a niektóre z jej nasion wytworzą potomstwo o tej samej wprowadzonej cechie. v
Debaty etyczne i efekty ekonomiczne
Do 1999 r. Dwie trzecie wszystkich przetworzonych w USA żywności zawierało składniki zmodyfikowane genetycznie. Od 1996 r. Całkowita powierzchnia upraw GMO wzrosła 100-krotnie. Technologia GM spowodowała duży wzrost plonów i zysków rolników, a także zmniejszenie zużycia pestycydów, szczególnie w krajach rozwijających się. ii Założyciele inżynierii genetycznej roślin uprawnych, a mianowicie Robert Fraley, Marc Van Montagu i Mary-Dell Chilton, zostali nagrodzeni w 2013 roku nagrodą World Food Prize za poprawę "jakości, ilości lub dostępności" żywności w skali międzynarodowej. iv
Wytwarzanie GMO nadal budzi kontrowersje, a kraje różnią się regulacją patentów i aspektami marketingowymi. Zgłoszone obawy obejmują bezpieczeństwo dla ludzi i środowiska oraz kwestię, czy żywe organizmy stają się własnością intelektualną. Protokół z Kartageny o bezpieczeństwie biologicznym to międzynarodowe porozumienie w sprawie norm bezpieczeństwa dotyczących produkcji, transferu i stosowania GMO. ii
