Gennembrud: Forskere knækker genom-koden bag den vigtigste kornsort
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Teknologiens Mediehus kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Gennembrud: Forskere knækker genom-koden bag den vigtigste kornsort

Hvedens genom er fem gange større end menneskets genom og består af 16 milliarder basepar – de hydrogenbindinger, der udgør byggestenene bag DNA. Illustration: Michael Gäbler/CC BY-SA

Det er den globalt set mest udbredte afgrøde. Det er den mest dominerende kornart i verdenshandlen med omkring 654-660 millioner ton i årligt forbrug.

Og med mindre du konsekvent styrer uden om brød, øl og pizza, så bidrager dit indtag til statistikken om, at hvede tegner sig for cirka en femtedel af alle kalorier indtaget af os mennesker.

Det er med andre ord svært at overvurdere betydningen af hvede. Men til landmændenes og forskeres frustrationen har det imidlertid knebet de seneste 70 år med både at forbedre udbytteniveaet og aflure hvedens komplekse genom.

Nu er det heldigvis lykkedes International Wheat Genome Sequencing Consortium, et internationalt samarbejde af forskere fra 20 lande, efter 13 års anstrengelser at producere den første genom-kortlægning af høj kvalitet for hvede.

»Det var en ekstraordinær opgave at begive sig i kast med hvedegenomet, men nu er vi i stand til at identificere de gener, som kontrollerer hvedens træk, væsentligt hurtigere. Nu kan vi gøre hveden mere modstandsdygtig over for trusler såsom tørke eller sygdomme,« siger Cristobal Uauy, professor og afdelingsleder for afgrødegenetik ved John Innes Centre (JIC) i Norwich, England.

Med gen-sekventeringen har forskerne nu fået adgang til gener i hvede-genomet og kan derved lokalisere dem alle præcist i arvemassen. Helt eksakt 107.891 gener og mere end 4 millioner molekylær-markører langs de 21 kromosomer.

Læs også: Crispr kan gøre hvede spiselig for glutenallergikere

Eksempelvis har sekventeringen medført bestemmelse af et gen, der gør hvedestængerne stivere. Dermed bliver hveden mere modstandsdygtige særligt over for skadedyrsplager især savhvepse, der lægger æg i planter ved hjælp af en savtakket læggebrod.

Potentiale for dansk vinterhvede

Set med danske træsko og kanvasbukser på, er sekventeringen særlig perspektivrig, idet langt den største del af den danske hvedeproduktion er vinterhvede, som sås om efteråret, og som er den højest ydende blandt kornarterne.

Via lokaliseringen af de eksakte gener har en belgisk plantegenetiker været i stand til at lokalisere et gen, der er ansvarlig for, at vinterhvede har en forsinket spireperiode. Ved at deaktivere dette gen ved hjælp af Crispr, håber holdet at forkorte hvedeavlscyklusen.

Cristobal Uauy, professor i afgrødegenetik, har været med til at kortlægge arvemassen i en af klodens mest komplekse og vigtige kornsorter. Illustration: John Innes Centre

»Det er forventet, at kloden har brug for 60 procent mere hvede omkring år 2050 for at imødekomme den globale efterspørgsel. Nu er vi bedre stillet i forhold til at kunne øge udbyttet, forædle planter med bedre næringværdi og skabe varianter, der bedre kan tilpasse sig ændringer i klimaet,« pointerer Cristobal Uauy i en pressemeddelelse.

Som at spadsere rundt med Google Maps

De to vigtigste dele, når der tales om hvedeudbyttet, er antallet af kerner per arealenhed og den individuelle kernes vægt. Generne, som bestemmer disse forhold, har tidligere været noget nær umulige at lokalisere, men det er nu muligt takket være den succesrige sekventering, som er publiceret i Science.

»Tidligere tog det os årevis at at lokalisere de ønskede gener, men kan nu ske i løbet af en enkelt nat. Det svarer nærmest til at gå rundt med et Google Map,« siger hvedegenetiker Jorge Dubcovsky fra University of California til Science.

Gennembuddet har blandt andet medført, at han har lokaliseret et nyt gen, som påvirker hvedens højde.

Opdagelsen kommer også på et tidspunkt med stagnerende hvedeudbytte, alt imens udfordringen om tilgængelige landbrugsarealer, global fødevaresikkerhed og stigende befolksningstal blot er styrket.

Det kortlagte genom har allerede betydet, at plantegenetikere fra John Innes Centre (JIC) i Norwich, England, har formået at forøge størrelsen af hvedekerner groet i et laboratorium med 20 procent.

Det genom-sekventerede hvede kommer i kølvandet på tilsvarende kortlægninger af eksempelvis byg foretaget med bidrag fra danske forskere.

Krydsning avlede kompleksitet

At hvede trods dets store betydning bliver kortlagt senere end andre kornsorter, hænger sammen med, at genomet af denne afgrøde er yderst udfordrende. Genomet af hvede er fem gange større end det menneskelige genom. Det består af tre sæt af nærmest identiske kromosomer, 21 par i alt med 6 kopier af de fleste gener – komplekse gentagelsesstrukturer også kaldet for 'egoistisk dna'. Alene antallet af basepar – altså de hydrogenbindinger der udgør byggestenene bag dna – løber op i antal omkring af 16 milliarder basepar.

Kompleksiteten skyldes naturlig genetisk udvikling, idet dyrkning af hvede begyndte for omkring 10.000 år siden med fokus på en hvede-art genetisk beskrevet som bestående af en diploid indeholdende to sæt kromosomer.

Frøet og kornet hapser nærmest al opmærksomhed, når det gælder optimering af hvedeudbyttet – selvom alle dele af planten bidrager til afgrødens ydelse. Med fuldstændig adgang til den ordnede rækkefølge af alle 21 hvedekromosomer, sammenhængen mellem regulatoriske sekvenser og interaktionsnetværket af de udtrykte gener i hvedens arvemasse (her vist i et cirkulært plot i højre side), har forskere og planteforædlere nu fået chancen for at omskrive historien om, hvordan hvedeafgrøder kan forbedres. Illustration: JIC

Sideløbende blev en anden hvedeart kaldet Emmer-hveden fremavlet. En krydsning mellem to vilde græsser med to diploider. Forædlingen betød, at denne nye hvede nu var en tetraploid og havde fire sæt kromosomer. Durumhvede er også tetraploid, og denne populære, proteinrige hvedeart udviklede sig som en naturlig hybrid, ligesom Emmer-hveden gjorde.

Læs også: Nyopdaget gen kan måske forhindre afgrøder i at drukne på marken

Oveni har landmænd i hundreder af år udvalgt de hvedetyper og sorter med de mest favorable træk i forhold til større høst og bedre afkast. En genetisk udvikling, som har fremkaldt smiletræk hos alle i fødevareproduktionen, men krydsningerne af hvedetyper har hundrede år senere så fremkaldt rynker hos genetikere beskæftiget med at ændre hveden via gen-manipulation for at gøre den tørke-sårbare kornsort stærkere.

Men genetikernes arbejde har kort sagt svaret til at spadserede rundt i et enormt landskab uden noget kort og i årevis fare vild. På grund af hvedens kompleksitet har nutidens planteforædlede vanskeligt ved at være sikre på, at krydsningen af hvede fra generation til generation vitterligt har haft den tilsigtede effekt, og genetikere, som har ønsket at pille ved en eksakt dna-sekvens har ofte ikke anet, hvorhenne i hvedens genom de skulle finde den.

Stress røbede vigtige gener

Udslagsgivende for kortlægningen af funktionerne for de mange gener i hveden har været en metode, hvor genetikere fra John Innes Centre kort sagt har taget 850 øjebliksbilleder af aktivitetsniveauet i de såkaldte budbringer-RNA’ er. Disse budbringer-RNA’ers funktion er at overføre den genetiske information ved dannelsen af proteiner i hveden.

Læs også: Aarhus-forskere: Global opvarmning går ud over verdens hvedehøst

Billederne blev taget på tidspunkter, hvor hveden var stresset på grund af eksempelvis tørke eller skadedyrsangreb. Hermed kunne forskere lettere måle, hvilket gener som er aktive og træder frem i et netværk af de gener, som påvirker udbyttet af hveden, kornets størrelse og så videre.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Forfatteren bruger et sted ordet genmanipulation , der er et udpræget negativt ladet udtryk.
Det hedder i neutralt sprog gensplejsning.

  • 1
  • 4

Alle former for gensplejsning er genmanipulation men ikke alle former for genmanipulation er gensplejsning.
Ved splejsning forsås at man sammensætter gener fra forskellige organismer.
Manipulation kan være at fremtvinge tilfældige mutationer, fjernelse af gener eller at lave rettelser i gener.

  • 1
  • 0

Forædling er genmanipulation. Netop krydsning, udvælgelse og kloning er i forædlerens værktøjskasse. Mutation kan fremprovokeres, men at opdage det er kunsten.

  • 0
  • 0