Majs der kloner sig selv

En time uden for Mexico City drejer taxaen fra hovedvejen, og støjen og travlheden på motorvejen forsvinder. Forbi en stållåge og et hvidt vagthus kommer vi ind på den velplejede grund af International Center for the Improvement of Maize and Wheat, kendt under dets spanske akronym, CIMMYT (udtales SIM-it). Det er en gård, der forklæder sig som et lille FN. En række flag hylder de lande, der finansierer organisationens arbejde: at skabe bedre afgrøder til udviklingslandenes fattige bønder.

Længere fremme er en række hvide skilte, der hver står foran en lille firkantet grund, hvor behårede hvedehoveder svajer i vinden. Dette er landbrugets Walk of Fame; på disse skilte er navnene på hvedesorter, der dukkede op fra CIMMYTs ynglepladser for fire årtier siden: Sonora, Yaqui, Kauz, Sujata, Sonalika og andre. Disse sorter, som modstår sygdom og producerer hidtil usete udbytter, erobrede Asien og fortrængte traditionelle hvedesorter og ældre landbrugsmetoder. Stjernerne fra den grønne revolution, de nye sorter udløste en fænomenal stigning i kornproduktionen, der gjorde det muligt for Kina og Indien at brødføde sig selv. Faktisk var virkningen af ​​de nye korn så stor, at de gav Norman Borlaug, den oprindelige direktør for CIMMYTs hvedeprogram, Nobels fredspris i 1970.

Men vent. Er det ikke meningen, at dette skal være det internationale center for forbedring af majs og hvede? Majs, som det meste af verden kalder majs, er den næstmest dyrkede afgrøde efter ris; det er en bemærkelsesværdig effektiv fabrik til at omdanne sollys, jord og vand til mad til mennesker og dyr. Inden for de næste par år forventes majs at passere ris og overtage førstepladsen. Så hvor er majsen? Hvorfor mangler den på Walk of Fame?

Som enhver, der har kørt tværs over Midtvesten, kan bevidne, eksisterer der helt sikkert overlegne sorter af majs. Men de robuste planter med højt udbytte, der dækker Iowas landskab, er uden for rækkevidde af størstedelen af ​​verdens fattige landmænd og subsistensbønder - netop de mennesker, CIMMYT blev grundlagt for at hjælpe. Problemet er, at hvis landmænd ønsker at plante de bedste sorter - generelt højoktanhybrider, som frøfirmaer skaber ved at krydse to tydeligt forskellige indavlede linjer - skal de købe nyt frø hvert år. Fattige landmænd har simpelthen ikke råd til det.

Det årlige behov for frisk frø er til dels en konsekvens af majs biologiske tvang til at parre sig frit og vilkårligt. Hvede praktiserer, ligesom ris, det sikre køn ved selvsex. Hver blomst bestøver sig selv og producerer datterplanter, der er næsten nøjagtige kopier af deres forældre - det er i det mindste tilfældet med renracede hvedesorter som dem, der er frigivet af CIMMYT. Som et resultat kan landmændene bruge en del af hvert års høst til frø, og sorter kan nemt deles fra mark til mark, fra en landmand til den næste.

Majs er på den anden side den mest promiskuøse af planter. Dens kvaster - de mandlige kønsorganer - afgiver millioner af pollenkorn i vinden og befrugter tilfældigt nærliggende majsører, de kvindelige kønsorganer. En plantes afkom kan derfor variere enormt, alt efter hvilket pollen der vandrede ind i nabolaget. Så uanset hvor omhyggeligt CIMMYTs opdrættere konstruerer forbedrede sorter af majs, nedbrydes den genetiske identitet af disse linjer hurtigt, når de slippes ud i den genetiske smeltedigel på landmændenes marker. De nye egenskaber - højere udbytte, evne til at modstå tørke, resistens over for sygdom - har tendens til at forsvinde og endda forsvinde.

Variabilitetsproblemet er endnu større med de hybridsorter, frøfirmaer foretrækker. For majs og endda for selvbestøvende planter er en hybrids afkom intet som originalen.

Hvis bare majs kunne formere sig ved helt at springe bestøvningen over og klone sig selv. Ideen er ikke så langt ude, som man skulle tro. Nogle få planter gør dette naturligt og skaber frø uden sex i en proces kaldet apomixis. Mælkebøtter formerer sig gennem apomixis; det samme gør omkring 400 andre plantearter, inklusive mindst én vild slægtning til majs. Så hvorfor ikke majs? Hvis nogen kunne dreje på en kontakt og gøre majs apomikisk, ville CIMMYT måske endelig være i stand til at lave meget produktive hårdføre stammer, som fattige landmænd kunne dele med deres naboer og genplante fra deres egen høst år efter år.

Richard Jefferson, grundlægger af Center for Application of Molecular Biology to International Agriculture i Canberra, Australien, siger, at implikationerne af apomixis rækker langt ud over majs. Potentialet ved selvklonende planter, siger han, er så dybtgående og subversivt, at planteavlere, generelt en forsigtig og underspillet masse, aldrig ville indrømme at de drømmer om det, medmindre du fik dem drukket først.

Ud over at bringe hybride og andre overlegne sorter af majs inden for rækkevidde af selv den fattigste landmand, ville apomixis tillade den udbredte brug af højudbytte hybridris, planter hvis frø i øjeblikket er dyre og vanskelige at producere i store mængder. Og apomixis kan hjælpe med at fjerne sygdomme fra kassava, en afrikansk basisafgrøde, der dyrkes ved at genplante stykker af knolde fra forældreplanter, hvoraf nogle bærer sygdom.

Efter mere end ti års arbejde er forskere ved CIMMYT og en håndfuld andre laboratorier rundt om i verden endelig på vej ind på apomixis. Ved hjælp af ny genomisk information og værktøjer justerer de generne, der styrer planternes reproduktion, i håb om at duplikere selvkloningsprocessen i majs og andre vigtige afgrøder. Hvis det lykkes for dem - og de virker overbeviste om, at de til sidst, måske om endnu et årti, vil åbne døren til en revolution i verdens fødevareproduktion, siger Wayne Hanna, en genetiker ved det amerikanske landbrugsministerium i Tifton, GA.

Det kan virke som et teknologimål, som få kunne argumentere med. Alligevel er der usikkerhed om, hvorvidt apomixis nogensinde vil blive tilladt på landmændenes marker. To modsatrettede kræfter kunne finde sig selv usandsynlige allierede i et forsøg på at blokere det: politisk modstand mod genteknologi og de økonomiske overvejelser hos landbrugsvirksomheder, der er blandt de primære sponsorer af apomixis-forskning.

Nogle få fyre var vilde med apomixis i mange år, siger Daniel Grimanelli, en ung videnskabsmand, der allerede er en griset veteran på området. Grimanelli, som er bosat på en gårdhave uden for CIMMYTs Applied Biotechnology Center, holder en midmorgenpause fra videnskaben. At dømme efter hans tre-dages skægstubbe, solbriller, cigaret og lasede jakke kunne Grimanelli lige så sandsynligt være kommet ud af en seriøs bøjning. Takket være en fælles udnævnelse til CIMMYT og Institut de Recherche pour le Dveloppement i Montpellier, Frankrig, blev franskmanden transplanteret til Mexico for ti år siden, men han taler engelsk med veltalenhed og kraft.

I 1970'erne og begyndelsen af ​​1980'erne, fortsætter Grimanelli, var der i det væsentlige fire fyre: Yves Savidan i Frankrig, Wayne Hanna i Georgien, Victor Sokolov i Rusland og Gian Nogler i Schweiz. Apomixis var i de dage en botanisk kuriosum, intet mere. Hanna husker, at hun stødte på det i form af nogle mærkeligt udseende sorghumplanter i et drivhus i Texas; Sokolov, langt væk i den sibiriske by Novosibirsk, viede sit arbejde til gammagræs, en slægtning til majs; og Savidan, der på det tidspunkt arbejdede i Elfenbenskysten, fik udleveret et udvalg af vilde vestafrikanske græsser.

Alle disse planter engagerer sig i en mærkelig form for reproduktion. Deres æggestokke producerer nye embryoner på egen hånd, som kloner af moderplanten. Alligevel har nogle få af disse planter også sex. Så de ældre statsmænd i apomixis studerede de mønstre, hvorved denne særlige genetiske egenskab nedarves, når apomiktiske planter parrer sig med deres ikke-apomitiske slægtninge. Vi endte med at finde ud af, at egenskaben opførte sig som et enkelt dominerende gen, siger Savidan, der nu leder de internationale partnerskaber i Agropolis, et offentligt finansieret forskningskonsortium i Montpellier. Det var en forbløffende konklusion, og Grimanelli siger, det førte til en dristig idé: Hvis det er så enkelt, hvorfor så ikke sætte det i afgrøder? Hvorfor ikke krydse majs med en apomiktisk slægtning? Let!

Nemt, genlyder Grimanellis kollega Olivier Leblanc dystre.

Grimanelli og Leblanc repræsenterer en forbindelse mellem den tidlige generation af sådanne apomixis-forskere som Savidan, der brugte traditionel planteavl, og en ny bølge af forskere, der anvender molekylære markører, genomiske data og genteknologi. Savidan flyttede sin apomixis-forskning til
CIMMYT i slutningen af ​​1980'erne, og Leblanc og Grimanelli sluttede sig til ham et par år senere. Det virkede som det perfekte sted. For det første indeholdt CIMMYTs klimakontrollerede hvælving fuld af frøprøver en skattekiste af frø fra gammagræs, en busklignende plante, der er majs nærmeste apomiktiske slægtning. Endnu vigtigere, CIMMYTs mission om at forbedre afgrøder for landmænd i udviklingslandene passede perfekt til de potentielle fordele ved apomixis.

Men et årti med traditionel planteavl gav kun frustration. Forskerne forsøgte at krydse gammagræs og majs. De producerede 300.000 hybridplanter, kreationer med mærkelige kombinationer af funktioner fra begge planter. De forsøgte at krydse disse hybridplanter med almindelig majs i håb om, at hver generation ville bringe dem tættere på en apomiktisk version af majs. Uundgåeligt, et sted på den lange vej mod majs, forsvandt apomixis.

Skøre majs: CIMMYT krydset majs med gammagræs, der genererer et væld af underligt udseende planter. Gamma græs er i centrum ( se også øverste billede ).

Men netop som den gamle tilgang var ved at dø, blev en ny født. I 1999 underskrev CIMMYT en aftale med et fransk frøfirma, Limagrain; en afdeling af den schweiziske medicinalgigant Novartis, der siden er blevet til Syngenta; og verdens største frøvirksomhed, Pioneer Hi-Bred. Aftalen gav centret finansiering og adgang til private majsgenomdatabaser. De nye værktøjer er blevet så kraftfulde, siger Grimanelli. Du kan klone gener, modificere gener, udtrykke gener. Han og Leblanc påbegyndte en søgning efter apomixis-gener og sigtede gennem de dele af DNA, der var til stede i den apomiktiske form af gamma-græs, men ikke i den seksuelle version. De sporede disse gener til en stor blok DNA, omkring en tredjedel af et kromosom, som altid er til stede i den apomiktiske form af gammagræs. For at finde de specifikke gener i dette enorme område af DNA, kaster forskerne transposoner - små bidder af DNA, der indsætter sig selv tilfældigt i kromosomerne - mod den blok af DNA. De håber, at transposonerne vil indsætte sig selv i gener, der er vigtige for apomixis, hvilket forstyrrer processen. Når det sker, burde forskerne være i stand til at lokalisere transposonet og med det det afgørende gen - som de så kunne indsætte i majs. Men CIMMYT-forskerne er ikke alene i deres søgen efter de genetiske nøgler til apomixis. En horde af andre forskere, nogle af dem sponsoreret af små bioteknologiske startups, er gået med i jagten. Konkurrerende projekter er spiret i Tyskland, Schweiz, Australien, Storbritannien, Frankrig, Mexico, Californien, Texas og Utah. De fleste af de nytilkomne håber ikke på at overføre apomixis-gener fra en art til en anden - for eksempel fra gammagræs til majs. I stedet roder de med timingen af ​​planters egne gener for at narre dem til at formere sig uden befrugtning. Forskerne arbejder på detaljerne i denne syntetiske apomixis gennem eksperimenter med deres foretrukne laboratorierotte, en lille sennepsplante kaldet Arabidopsis thaliana . CIMMYT-forskerne, hvis indsats også kommer til at stole meget på genomiske data fra bedre kendte planter som f.eks. Arabidopsis , siger springet fra Arabidopsis at majs vil sandsynligvis være sværere, end mange forskere forventer. Men alligevel, siger de, vil det ske. Den utrolige dynamik hos så mange mennesker, der arbejder på dette, siger Grimanelli, vil ikke blive benægtet.

Springet fra laboratorium til felt forekommer dog lige så skræmmende i disse dage. En apomiktisk majsplante vil være en genetisk modificeret organisme, og i store dele af verden er sådanne organismer ikke velkomne. Myndighederne i EU har ikke godkendt plantning eller import af nogen ny genmanipuleret afgrøde siden 1998. På trods af udbredt sult afviste Zambia for nylig amerikansk fødevarehjælp, fordi forsendelserne indeholdt gensplejset majs. Og i de sidste fire år har Mexico ikke tilladt CIMMYT at teste gensplejsede majs uden for et drivhus. Faktisk, hvis modstandere af genteknologi har deres vilje, vil ingen genetisk manipuleret majs nogensinde vokse i mexicansk jord.

Mexico er majs forfædres hjemland, det sted, hvor oldtidens folk først tæmmede denne afgrøde. Det er også verdens enestående lagerhus af majs genetiske mangfoldighed: Mexicanske landmænd opretholder et forbløffende antal majssorter. Tilpasset til et enormt udvalg af klimaer kommer Mexicos majs med kerner i sort, hvid og alle farver derimellem.

Så da videnskabsmænd rapporterede at finde spor af genetisk manipuleret majs i fjerntliggende majsmarker i det sydlige Mexico for halvandet år siden, var det særligt bekymrende for dem, der var bekymrede over den genetiske mangfoldighed af denne unikke ressource. Selv om undersøgelsens resultater er blevet stærkt bestridt af andre forskere, mener nogle miljøforkæmpere, at det afslørede en katastrofe af epokelige proportioner. Det mesoamerikanske center for landbrugsbiodiversitet er forurenet med GM [genetisk modificeret] majs, meddelte ETC Group, en aktivistorganisation baseret i Winnipeg, Canada. Greenpeace erklærede, at denne uansvarlige forurening bringer hele den genetiske struktur af majspopulationerne i fare.

Billedet af konstruerede planter, der forgifter en biologisk brønd, er kraftfuldt, men misvisende, siger Mauricio Bellon, en CIMMYT-menneskeøkolog, som har studeret mexicanske landmænds vedligeholdelse af deres traditionelle sorter eller landracer: Folk tror, ​​at landracer er som skrøbelige vaser på et museum, men det er ikke tilfældet. Landracer er ikke rene, og de er ikke statiske, siger Bellon. Mexicanske bønder, opdagede han, bringer konstant nyt frø ind fra naboer og endda fra fjerne landsbyer for at tilføje til og, håber de, puste nyt liv i deres marker. Det er lidt ligesom at blande kort fra et nyt spil for at øge oddsene for en vindende hånd. De gode kort - de overlegne genetiske egenskaber - har en chance for at blive i spillet. Landmænd forsøger at vælge dem til genplantning det følgende år, og de kasserer de dårlige kort.

Der er ingen åbenbar grund til, at gensplejsede afgrøder skulle fortrænge eller ødelægge Mexicos genetiske mangfoldighed, siger Bellon. De nye gener ville blive en del af blandingen, og de ville kun fortsætte, hvis landmændene kunne lide resultaterne. Men han skynder sig at tilføje, at gensplejset majs i Mexico kan udgøre andre risici, der kræver omhyggelig overvejelse.

Faktisk har næsten alle, der har udforsket bølgen af ​​modstand mod gensplejsede afgrøder - i Mexico og andre steder - opdaget en blanding af motivationer. Bekymringer om naturens integritet og fødevaresikkerhed er blandet med fjendtlighed over for de virksomheder, der har drevet denne teknologi ind på markedet. Mexico indførte et moratorium for plantning af al gensplejset majs, for eksempel ikke da CIMMYT gennemførte sine første markforsøg, men da St. Louis-baserede Monsanto og andre virksomheder begyndte at lobbye for at få godkendelse til at sælge deres gensplejsede afgrøder til mexicanske landmænd.

Man møder antipati mod bioteknologi, faktisk også inden for CIMMYT. CIMMYTs skorpede planteforædlere afviser nogle gange deres organisations bioteknologiske program som en boondoggle, en dyr mode, der har spildt millioner af dollars uden at levere et eneste nyttigt produkt til landmændene indtil videre. Mange ærgrer sig over de aftaler - ledsaget af fortrolighedsklausuler og aftaler for at beskytte intellektuel ejendom - CIMMYTs bioteknologer har slået til med virksomheder. Centret bør kun stå til ansvar over for verdens fattigste bønder, siger disse kritikere, ikke multinationale bioteknologiimperier. På dette tidspunkt - hvor CIMMYT's humanitære mission møder målene for privat virksomhed - tager fortællingen om apomixis sin sidste ironiske drejning. For ifølge nogle iagttagere er apomixis' firmavenner også dens værste fjender.

Årsagen er enkel: frøvirksomheder har et økonomisk incitament til at holde selvklonende majs ude af landmænds hænder, fordi apomixis bryder en naturlig form for kopibeskyttelse. Frøfirmaer sælger for det meste hybrider, ikke kun fordi de giver mere, men også fordi forskellene mellem hybridmajs og dens afkom er mere udtalte end i indavlede linjer. Disse forskelle driver landmændene tilbage til forhandleren hvert år for at få friske forsyninger af frø. Apomiktiske hybrider, på den anden side, kunne reproducere sig selv nøjagtigt - og det ville være dårligt for forretningen.

Det er derfor ikke overraskende, at mange iagttagere mener, at firmaerne, der sponsorerer CIMMYTs forskning, primært ønsker at bruge apomixis som et internt værktøj til at fremskynde den komplicerede proces med at avle hybrider og producere frø. Før de solgte frø til landmænd, kunne virksomhederne deaktivere selvkloningsevnen. Tankegangen i frøbranchen er, at apomixis ville være mere nyttigt, hvis man kunne slå det fra, siger Anthony Cavalieri, vicepræsident for egenskaber og teknologiudvikling hos Pioneer Hi-Bred. I sidste ende kan CIMMYTs virksomhedssponsorer se topnotch apomiktiske hybrider fra CIMMYT som konkurrence. Hvis for-profit-sektoren kontrollerer apomixis som et værktøj, vil den ikke have det brugt af den offentlige sektor til at lave selvreplikerende hybrider, siger Gary Toenniessen, der leder Rockefeller Foundations programmer i globalt landbrug. Og enhver virksomhed, der har patenter på et væsentligt stykke apomixis-teknologi, vil være i stand til at blokere brugen af ​​det, i det mindste indtil patentet udløber.

I 1998 hjalp Jefferson fra Australiens Center for Anvendelse af Molekylær Biologi til International Agriculture med at overtale mere end 20 førende apomixis-forskere fra hele verden til at erklære deres modstand mod virksomhedernes kontrol med forskningen. Den såkaldte Apomixis-erklæring erklærede: Vi er dybt bekymrede over, at den nuværende tendens til konsolidering af plantebioteknologiske ejerskab på få hænder kan alvorligt begrænse adgangen til apomixis-teknologi til overkommelige priser. Desværre, siger Jefferson, er videnskabsmænd tøsede uden ord. Mange apomixis-forskere har siden meldt sig til private virksomheder.

CIMMYTs forskere insisterer på, at der ikke er noget problem. De fastholder, at deres firmasponsorer har indvilget i at tillade centret at distribuere apomiktisk majs til fattige bønder i udviklingslande. Det er helt klart, siger Olivier Leblanc. For CIMMYT-kunder er der fuldstændig frihed. Men selv Yves Savidan, arkitekten bag CIMMYTs apomixis-samarbejde med industrien, er blevet skeptisk. Hvis du ikke har kontrol over alt, har du ikke kontrol over noget, siger han.

Allerede før de første apomiktiske selvklonende majsfrø er klar til at blive sået, er der udsigt til, at politiske debatter og virksomhedsinteresser vil forgifte jorden. Og det ville være en plage ikke kun for fattige bønders fremtid, men også for landbrugsbioteknologiens omdømme - et felt, der allerede er beskyldt af beskyldninger om, at dets videnskab ikke har gjort nok for det menneskelige bedste.

At producere bioteknologiske afgrøder, der brødføder de fattige og forbedrer livet for bønder i udviklingslandene, ville på overbevisende måde afvise sådanne beskyldninger. David Hoisington, direktør for CIMMYTs bioteknologiprogram, mener, at sådanne afgrøder er på vej. CIMMYTs første gensplejsede majs, en ikke-apomitisk sort, der frastøder stængelboreormen, er klar til feltforsøg. I endnu et årti eller deromkring kunne plots af apomiktisk majs markere en ny indgang i CIMMYT Walk of Fame. Teknologien er så stærkt et værktøj til at løse problemer, siger Hoisington, at det må accepteres.

skjule