Førende på overset del af den grønne omstilling: Dansk forskningscenter kortlægger afgørende klimagener i afgrøder

Hver eneste morgen går Guillaume Ramstein gennem universitetsparken i Aarhus på vej til arbejde. På denne tid af året er de gamle egetræer fyldt med grønne blade, og græsset er dækket med tusindfryd.

Når han sætter sig på sin kontorstol foran skærmen, er han klar til at studere planternes gener. Ikke planterne i den smukke universitetspark, men en knap så kendt art af græs kaldet Brachypodium.

På computeren gennemgår han enorme datasæt i forsøget på at finde brugbare genvarianter i den lille plante. Varianter, som gør det muligt for planten at klare længere perioder med tørke eller højere temperaturer.

Til højre sidder Guillaume Ramstein i samtale med sin kollega. De drøfter, hvordan man kan bruge statistiske metoder og machine learning til at forudsige udbytte af kort ud fra gendata. Billedet er fra Cornell University, hvor han arbejdede, før han kom til Aarhus. Foto: Cornell Institute of Biotechnology

Grunden til, at Guillaume Ramstein forsker i Brachypodium og ikke hvede, byg eller majs, planter vi alle ser, når vi kører en tur på landet, er, at den er planteverdenens svar på forsøgsmus.

- Vi kalder Brachypodium for afgrødernes mus, fordi den fungerer som en modelorganisme, man kan afprøve nye ting på. Ligesom de mus, der bliver brugt i medicinalsektoren, er den nem at dyrke og genetisk minder den ret meget om hvede og byg, forklarer Guillaume Ramstein.

- Brachypodium har dog kun omkring 300 millioner bogstaver i dets DNA sammenlignet med 17 milliarder i hvede. Det gør planten langt nemmere og billigere at arbejde med.

Ved at kortlægge de brugbare genvarianter, som gør planter bedre egnet til at modstå klimaforandringer og bedre tilpasset en plantebaseret fremtid, er Guillaume Ramstein og hans kolleger med til at lægge fundamentet for både genmodificeringer og traditionel planteavl.

I centrum af menneske-, dyre- og planteceller findes der en lille kerne kaldet nukleus, hvor vores DNA gemmer sig.

De lange tostrengede tråde af DNA ligger sammenviklet i nukleus og danner kromosomerne. Trådene består af næsten uendelige sekvenser af fire små molekyler, som vi forkorter A, C, G og T. Molekylerne bliver også kaldet DNA'ets bogstaver.

Det er rækkefølgen af disse bogstaver, der bestemmer, hvordan vores gener fungerer. Normalt består gener af tusindvis af bogstaver, men faktisk kan et enkelt forkert bogstav i den lange sekvens føre både gode og dårlige ting med sig.

Hver gang en celle deler sig, har den brug for at kopiere alt genetisk information. Undervejs i processen med at kopiere de mange millioner bogstaver, sker der somme tider fejl, og et forkert bogstav bliver kopieret ind. For det meste retter cellen selv fejlene. Men ikke altid.

Det samme sker, når en plante eller et dyr bliver undfanget. Når generne fra faren og moderen bliver blandet, sker der også fejl, og på den måde opstår nye kombinationer. Disse tilfældige variationer er den mekanisme, der driver evolutionen.

Brachypodium er ikke den eneste plante, som Guillaume Ramstein og hans kolleger forsker i. De har også en plante kaldet Sorghum under mikroskopet.

Sorghum er den femte vigtigste afgrøde i verden, når det kommer til hvor stort areal, der bliver høstet. Planten er tropisk og bliver brugt som foder til dyr. Oprindeligt blev den kun brugt i Afrika og Asien, men i dag dyrkes den også i Nordamerika og Sydeuropa.

I sorghum har Guillaume Ramstein og kollegerne fundet en temmelig brugbar genetisk variant, fortæller han.

- Vi fandt en variant i et gen, der påvirker plantens fotosyntese. Planter med et A i stedet for et G på den specifikke plads i genet er bedre til at omdanne sollys til energi.

- Fordi genet er stort set identisk i mange andre afgrøder, er det en vigtig opdagelse. Vores computermodel viser, at denne variation også bør findes i andre afgrøder såsom majs eller sukkerrør.

Ved at finde disse små variationer i genomet på planterne lægger han fundamentet for mere målrettet avl. Når avlerne ved, hvilke præcise variationer i DNA'et de skal kigge efter, bliver det nemmere at udvikle nye afgrøder, der er tilpasset et klima i forandring.

Sammen med 70 forskerkolleger på Center for Kvantitativ Genetik og Genomforskning (QGG) arbejder Guillaume Ramstein på at forbedre metoderne til at avle dyr og planter.

Med hjælp fra store statistiske modeller og datasæt finder forskerne genvarianter i dyr og planter, som har værdi for landbruget. Eksempelvis er en genvariant, der gør, at køerne producerer mindre metan, mens de fordøjer, meget værdifuld. Det kunne også være en variant, der får en plante til bedre at modstå bestemte insekter.

Med den viden, som Guillaume Ramstein og hans kolleger producerer, kan landbrugssektoren nemmere avle dyr og planter, som er mere bæredygtige og bedre tilpasset til den grønne omstilling.

Forskerne på QGG kommer fra mere end 20 forskellige nationaliteter, og de arbejder tæt sammen med industri og landbrug rundt omkring i verden.

Når Guillaume Ramstein og hans kolleger på QGG finder nye variationer i afgrøder, går de ikke videre - og det er der en god grund til, forklarer han.

- Vi udgiver vores resultater i akademiske tidsskrifter, og vi samarbejder med andre forskningsgrupper og industrien, når de gør brug af vores resultater. Uanset, om de så bruger dem som fundament for en geneteknologi som CRISPR eller helt klassisk avl, siger han.

I EU er der stram regulering, når det kommer til at bruge nye genetiske teknikker (NGT) til at modificere afgrøder. Men ny lovgivning er på vej. Tidligere på året stemte Europa Parlamentet for at tillade brugen af NGT'er i nogle tilfælde. Desuden kan forskere allerede i dag komme langt med at skabe mutationer med kemikalier, som ikke hører under den samme stramme EU-lov.

En landmand i Nyala i Sudan er ved at høste sorghum. Planten har mange genetiske ligheder med majs, og Guillaume Ramstein og hans kolleger har fundet en mutation, der gør planten bedre til at omdanne sollys til energi. Den variation ser ud til at kunne overføres til majs og andre afgrøder. Foto: United Nations Photo

I dag er det de samme regler, der gælder for både GMO-afgrøder og afgrøder skabt med NGT'er. Hvis den nye lovgivning også bliver stemt igennem i Europarådet, vil nye regler gælde for NGT'erne. Regler, som gør det muligt at bruge teknologierne til at lave mutationer i afgrøder, som i forvejen kunne opstå naturligt.

Med andre ord vil den nye lovgivning gøre det muligt for industrien at bruge NGT'er som en genvej til at opnå de ønskede egenskaber i afgrøderne. Egenskaber, som det ellers ville tage mange generationer af planter at opnå med traditionelle metoder.

Og det er her, Guillaume Ramsteins forskning kommer på banen. Han har nemlig opdaget en række mutationer, som opstår naturligt i andre typer planter - eksempelvis i Sorghum-planten. Hvis den nye EU-lovgivning bliver endeligt godkendt, får industrien mulighed for at bruge NGT'er til at indføre de mutationer i populære europæiske afgrøder.

Siden årtusindskiftet har genteknologien udviklet sig enormt hurtigt. Det har resulteret i en lang række nye teknologier til at redigere i genomet i dyr, planter og mennesker.

Overordnet kan man inddele de to teknologier i to kategorier:

• Teknologier som overfører gener fra andre organismer ind i planten
• Teknologier som redigerer direkte i genomet på planten

I 2012 opdagede Jennifer Doudna og Emmanuelle Charpentier at CRISPR, et bakterielt immunsystem, kunne reprogrammeres til at redigere hvor som helst i menneskers, dyrs og planters DNA.

CRISPR er blot ét eksempel på en række teknologier til at redigere i DNA'et, men er indtil videre den billigste og mest effektive metode. Med ny EU-lovgivning om NGT'er på vej, ser teknologien ud til at blive enormt vigtig for agroindustrien.

Andre teknologier, såsom mutagenese gennem kemikalier eller stråling, kan også fremprovokere mutationer i planternes genomer. Fordi de ikke bliver reguleret af den samme EU-lovgivning, vurderer Guillaume Ramstein, at de fortsat vil være vigtige for industrien.

I 2021 sendte et japansk firma den første afgrøde redigeret med CRISPR på gaden - en genmodificeret tomat, som har højere niveauer af aminosyren GABA, som nedsætter blodtrykket.

Tomaten, som har fået navnet 'Sicilian Rouge High GABA, bliver solgt i japanske supermarkeder, men i EU tillader vi ikke genetisk modificerede afgrøder. Der er dog en forskel på traditionel GMO og afgrøder lavet ved hjælp af CRISPR, forklarer Guillaume Ramstein.

- NGT'er bliver ofte fremstillet som skadelige, men det er en misforståelse. Jeg tror, at den stærke modstand mod GMO i Europa er løbet over i debatten om NGT'er.

- At bruge NGT'er til at lave mutationer som kunne opstå naturligt er, som jeg ser det, ikke et problem. Faktisk vil det kunne hjælpe os med at løse nogle af de store problemer, vi står over for på landbrugsområdet.

En bakke med genredigerede tomater. Sicilian Rouge High GABA som sorten hedder har ved hjælp af CRISPR fået redigeret i sit genom, så tomaten indeholder mere af molekylet GABA. Et molekyle, der fungerer blodtrykssænkende. Sorten er dog ikke tilladt i EU, men kan købes i supermarkeder i Japan. Foto: Sanatech Seed

Guillaume Ramstein anerkender dog, at teknologierne, som det er med de fleste teknologier, også kan misbruges til at indføre skadelige mutationer.

- Nogle mener, at det at åbne op for at bruge NGT'er vil gøre agroindustrien for magtfuld. De er bange for, at industrien vil ændre bestemte pesticid-gener i planterne, så de bedre kan tåle de skrappe pesticider. Frygten er, at det så vil føre til, at der bliver brugt endnu flere pesticider på markerne.

- Jeg ønsker naturligvis ikke, at vi skal bruge flere pesticider. Min pointe er, at teknologien også kan blive brugt til det modsatte. Vi kan styrke planternes naturlige forsvar mod insekterne i stedet. Det er ikke teknologien, der er et problem, men måden den bruges på.

Hos QGG er Guillaume Ramstein og hans kolleger overbevist om, at genforskning kommer til at spille en vigtig rolle i fremtiden. Forskningen vil ikke blot gøre det muligt at levere mad til flere mennesker, det vil også hjælpe os i den grønne omstilling, forklarer han.

- Genforskning og de nye teknologier kommer til at spille en vigtig rolle i den grønne omstilling, men de er ikke den eneste løsning. En blanding af basal genomisk viden, traditionel avl, økologi og NGT'er vil være med til at løse en stor del af de problemer, vi står over for i dag.

Klimaforandringerne kommer eksempelvis til at ændre, hvor en lang række afgrøder kan vokse. I Sydeuropa vil nogle af de afgrøder, der i dag trives, være umulige at dyrke i fremtiden. I Nordeuropa vil de stigende temperaturer derimod betyde, at nye afgrøder kan introduceres på markerne.

Genforskningen kan være med til at afbøde nogle af de konsekvenser, forklarer Guillaume Ramstein.

- Lige nu arbejder vi på at udforske genetisk diversitet, for at vi bedre kan tilpasse os klimaforandringerne i de nordiske lande. Vi screener naturligt forekommende genetiske variationer i jagten på nyttige træk i ærter, havre og byg. På den måde skaber en stor del af vores arbejde fundamentet for, at vi kan bruge NGT'er på disse afgrøder.

Guillaume Ramstein
Adjunkt, tenure track
Center for Kvantitativ Genetik og Genomforskning på Aarhus Universitet
Email: [email protected]

Mogens Sandø Lund
Centerleder
Center for Kvantitativ Genetik og Genomforskning på Aarhus Universitet
Email: [email protected]
Tlf.: +45 20 75 12 22

Jeppe Kyhne Knudsen
Journalist og videnskabsformidler
Faculty of Technical Sciences på Aarhus Universitet
Email: [email protected]
Tlf.: +45 93 50 81 48