Genmodifierade Träd. Vilka möjligheter erbjuder gentekniken?

Transkript

1 Genmodifierade Träd Vilka möjligheter erbjuder gentekniken? Björn Sundberg Umeå Plant Science Center, SLU A center of excellence in plant- and forest tree research. An innovation platform for the Swedish forest industries.

2 Den Biologiska Revolutionen Vi Upptäcker Genomen! Sekvensering av Backtrav. År CA Gener Sekvensering av poppelgenomet. År 2006 Ca gener Sekvensering av Eucalyptusgenomet År 2010 Sekvensering av ett barrträdsgenom År 2012 Vi har nu forskningsverktyg för att identifiera gener som kontroller värdefulla egenskaper

3 Vi Använder Modelsystem! Kunskapsöverföring backtrav asp barrträd

4 Hur gör man???? Genom databas Uttrycksdatabaser vilka gener är aktiva under vedbildningen Bioinformatik vilka gener har intressanta funktioner Kandidat gener Modifiering av genens aktivitet ANALYS

5 Hur gör man???? Korrelation mellan genvariant och egenskap Naturlig variation Vilken individ bär på vilken genvariant Analys av vedegenskaper för varje individ Korrelation mellan genvariant och vedegenskap

6 Tillämpningar! Det finns en direkt koppling mellan grundläggande forskning och applikationer Skogsträds förädling Molekylära markörer och transgena tillämpningar Skogsskötsel Snabbväxande trädslag Klonskogsbruk Grundläggande forskning Komparativ och funktionell genomik Post harvest modifieringar med enzymatiska applikationer

7 H H H Vad vet vi? NH 2 PAL C4H Vedkemi Lignin H 4CL Co A S Co A S Co A S HCT/C3H CCoAMT H H H H M e CCR Vi vet vilka gener som reglerar ligninbiosyntes. H F5H H CMT H Det finns många demonstratorer där ligninhalt/och struktur förändras med transgen teknik. (G) H M e CAD H H H M e Me (S) M e H CAD H Vi har identifierat genvarianter som ligger bakom naturlig variation i lignin. H M e Me Lignin H M e

8 Vad vet vi? Vedkemi hemicellulosa!-d-glca-(1-2)!!-l-ara(1-2)! Ac DP = Ac Ac -4) "-D-Xyl-(1-4)- "-D-Xyl-(1-! Vi håller just nu på att upptäcka vilka gener som reglerar biosyntes av hemicellulosa. Det finns några exempel på demonstratorer där hemicellosan förändrats med transgen teknik

9 Vad vet vi? Vedkemi cellulosa Vi håller just nu på att upptäcka vilka gener som reglerar biosyntes av cellulosa, mikrofibrilvinkel och kristalinitet. Det finns några exempel på demonstratorer där cellulosan förändrats med transgen teknik

10 Modifierat lignin ökar desaccarifierng Transgenic (300%) Wild type En 3-faldig ökning av glukos som frigörs från veden Courtsey : Van Holme, Van Acker, Piens, Boerjan

11 Vad vet vi? Vedvariationer Normal ved S1+S2 G-layer dragved

12 Vad vet vi? Vedvariationer Zhong, R., et al. Plant Cell 2008;20: Vi håller just nu på att upptäcka vilka mastergener som styr av och på programmen för cellulosa, hemicellulosa och lignin. Copyright 2008 American Society of Plant Biologists

13 Vad vet vi? Tillväxt Growth rate ratios GM / WT Höjd och diameter tillväxt för växthusodlad asp 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 Height Diameter 1,2 1,1 1 TF:A TF:B TF:C KR462 KR235 KR163 KR006B TF:D Vi håller just nu på att upptäcka vilka mastergener som styr tillväxt.

14 Visioner 2030!! Råvaran kommer från diversifierade odlingssystem years years Long rotation forestry from classical breeding and seed oechards 5-15 years Long rotatation naturally regenerated forests Short rotation clonal forestry with maximum use of the genetic potential

15 Visioner 2030!Mycket stor kunskap om gener och proteiner som styr biosyntes av vedfiberns polymerer!mycket stor kunskap om interaktioner mellan biopolymerer i fibern, och vad som är kritiskt för att industriellt kunna isolera olika polymer-fraktioner!mycket stor kunskap om transkriptionsfaktorer som styr tex tillväxt, microfibrilvinkel, densitet och reaktionsved!demonstratorer som visar på tillämparheten av dessa molekylare redskap inom skogsträdsförädling (växthusförsök av transgena träd, korrelation mellan genvariater och egenskaper i naturliga populationer)

16 Visioner 2030!Intimt samarbete mellan skogsbioteknisk forskning (biologisk/teknisk), processindustri, skogsskötsel och trädförädling!social acceptans för biotekniska lösningar för ett hållbart samhälle!utvecklad kunskap om- och kommerciellt lönsamtklonskogsbruk av högproducerande genetiskt material (initieras 2011 av SLU)!Stor erfarenhet från fältförsök där elitkloner förädlats med transgenteknik för att tillföra efterfrågadespetsegenskaper (Initieras 2012 av SLU)!Ett skogsträdsförädlingsprogram för snabbväxande träd baserat på kunskap om gener och genfunktion

17 Visioner 2080 Vi använder fortfarande träd för konstruktionsvirke Vi har utvecklat många olika nya typer av material baserat på förnyelsebara biopolymerer Tillgång till olika typer av högproduktiva kloner för kommerciellt bruk som vi odlar i effektiva odlingssystem. tex: För konstruktion rötbeständigt virke För bioraffinaderiet designade ved polymerer För kemikalieindustrin värdefulla kemikalier i barken För nya material - Designade fibrer med avseende på morfologi och ytkemi

18 biorefinery2010.funcf iber.se