Genmodifierade växter framtidens oljeråvaror Li-Hua Zhu, Professor Inst. för växtförädling Sveriges Lantbruksuniversitet (SLU) 230 53 Alnarp
Varför vegetabiliska oljor? Fossil olja: a) kommer att ta slut om ca. 50 år b) mer CO 2 utsläpp Jordens befolkningsökning: Hållbara oljealternative behövs! Växtoljan: förnybar och miljövänlig Olika tillämpningar: tvål, slipmedel, detergenter, färger, plastik, smörjmedel, kosmetiker, m.m.
Problem med vegetabiliska oljor idag Begränsade antal oljeväxtslag Begränsade produktionsvolymer Naturliga växtoljor är inte optimala för olika industritillämpningar, så kemiska strukturer behöver optimeras för att passa slutanvändningen. Modern växtförädlingsmetoder, framförallt gentekniker passar perfekta för detta ändamål
Nya växtförädlingsmetoder: Varför? specifik modifiering på gennivå, så precisare och effektivare än traditionella förädlingsmetoder Påskynda förädlingsprocessen Modifiera en eller ett fåtal gener medan de andra goda egenskaperna bibehålls
Två viktiga nya växtförädlingsteknikerr: 1. Genetisk transformering: - Modifiera genuttryck genom genöverföring (integration av främmande DNA in i växtens genomet) - Övervinna artsbarriär, dvs breda genkällor för förädling
2. Genomredigering eller riktad mutation - Specifik modifiering på sekvensen av en gen - Kan utföras antingen med ingen integration av främmande DNA, eller med integration av främmande DNA, men som kan korsas ut vid behov. - Slutprodukter skiljer sig inte från de som kommer från traditionella förädlingsmetoder - Begränsning idag..
Oljekål (Crambe abyssinica) Tillhör Brassicaceae familjen Korsas inte med andra oljegrödor, t.ex. raps Innehåller naturligt hög erukasyrahalt Finns redan i kommersiell produktion
Oljekvaliteter som vi har fokuserat på O OH H 3 C Erukasyra (22:1) Vaxester Oljesyra (18:1)
GM-linjer med 72% erukasyran erhållits BnFAE : fatty acid elongase LdLPAAT : lysophosphatidic acid acyltransferase CaFAD2: fatty acid desaturase Li et al. Plant Biotech. J. 2012
Påverkas oljehalten av hög erukasyrahalt? Guan et al. Plant Biotech. J. 2014
Vad gör vi nästa? Transkriptomanalys för att hitta viktiga gener!
Hjälper autophagigener med att öka fröavkastning eller fröolja?
Jojoba (Simmondsia chinensis) fröoljan Jojoba
Gener identifierats i jojoba för vaxesterproduktion FAE: fatty acid elongase FAR: fatty acid reductase WS: wax synthase
Med hjälp av en markörgen kan transgena fröer plockas ut 15
Vaxestrar i transgena fröer av oljekål, som separats genom TLC VE TAG Vildtyp Frö 1 Frö 2 Frö 2 16
Vaxesterproduktion i oljekål Linje Antal fröer Minimum (%) Maximum (%) Medelv ärde Med 2 gener FW8 17 1.5 31.0 11.3 FW8-6 32 2.5 50.7 21.8 FW8-6-10 150 3.8 54.4 29.5 FW8-6-10-1 48 11.5 48.5 29.0 Med 3 gener W3 20 0.4 50.7 23.7 W3-4 58 6.6 55.0 32.8 W3-4-1 122 13.9 52.1 29.5 W3-4-1-11 60 14.4 51.6 30.5 Vildtyp 20 0.0 0.6 0.3
Typer av vaxestrar FW2 = ScFAR + ScWS. W2 = ScFAR + ScFAE + ScWS
Utseende av hjärtblad A: Vildtyp B: T-linje med ScFAR + ScWS C: T-linje med ScFAR + ScFAE1 + ScWS
Förhöjning av oljesyrahalt (18:1) i oljekål plastid 18:1 RNAi-FAE1 20:1 22:1 18:2
Nedreglering av FAE1 och FAD2 leder till en kraftig förhöjning av oljesyrahalt 13% 18:1 VT T-linje 89% 18:1 Single seed analysis 21
Fältförsök med de transgena linjer av oljekål Transgena linjer med antingen hög erukasyra (73%) eller 25% vaxester Insektnät användes för att förhindra bikontakt med GM-pollen år 2012
Hur kan vi öka växtoljeprodktion?
Domesticering av en ny oljegröda fältkrassing (Lepidium campestre)
Varför fältkrassing? Tvåårig: täck gröda för att eliminera näringsläckage Väldigt vinterhärdig Hög fröavkastning: 5 ton/ha, ca. 30% högre än vinter raps under optimala förhållanden
Problems with L. campestre Problem med fältkrassing Låg oljehalt: 20% Hög erukasyrahalt: 25% ej lämplig för livsmedel, hög fleromättade fettsyror >30% Pod shatter
Hur och vad vi gör Både traditionella och modern förädlingsmetoder Fokuserade egenskaper: oljehalt oljesammansättning pod shatter rotsystem patogenresistens
Acknowledgements Xueyuan Li; Rui Guan; Emelie Ivarson, Annelie Ahlman, Heléne Lindgren, Mulatu Geleta, Ida Lager, Per Hofvander, Nils-Ove Bertholdsson, Sten Stymne (SLU). Robert van Loo/Frans Krens Wageningen University, Netherlands. J. Gruber and Margrit Frentzen RWTH Aachen University, Germany Ed Cahoon University of Nebraska-Lincoln, USA. Ivo Feussner Georg-August-University Goettingen, Germany Xue-Rong Zhou and Allan Green CSIRO Plant Industry, Australia. Bangquan Huang Hubei University, China