Генетически модифицированное дерево - Genetically modified tree

Техник проверяет генетически модифицированные персиковые и яблочные "сады". Каждая чашка содержит экспериментальные деревья, выращенные из выращенных в лаборатории клеток, которым исследователи передали новые гены. Источник: USDA.

А генетически модифицированное дерево (Время по Гринвичу, GM дерево, генно-инженерное дерево, GE дерево или же трансгенное дерево) - дерево, ДНК был изменен с использованием генная инженерия техники. В большинстве случаев цель - представить роман черта к растению, которое не встречается в природе в пределах вида. Примеры включают устойчивость к определенным вредителям, болезням, условиям окружающей среды и гербицид толерантность или изменение лигнин уровни, чтобы уменьшить варка расходы.

Генетически модифицированный лесные деревья еще нет одобренный ("не регулируется") для коммерческого использования,[кем? ] за исключением устойчивых к насекомым тополь деревья в Китай.[1][2] и один случай GM Eucalyptus в Бразилии.[3] Несколько генетически модифицированных видов лесных деревьев проходят полевые испытания на предмет дерегулирования, и большая часть исследований проводится целлюлозно-бумажная промышленность, в первую очередь с целью увеличения продуктивности существующего древесного фонда.[4] Определенные генетически модифицированные фруктовый сад виды были отменены для коммерческого использования в Соединенные Штаты в том числе папайя и слива.[5] Разработка, тестирование и использование GM-деревьев остается на ранней стадии по сравнению с ГМ-культуры.[6]

Исследование

Исследования генетически модифицированных деревьев продолжаются с 1988 года.[7] Проблемы, связанные с биобезопасность последствия выпуска генетически модифицированных деревьев в дикую природу сдерживают одобрение регулирующими органами лесных деревьев ГМ. Это беспокойство иллюстрируется Конвенция о биологическом разнообразии позиция:

Конференция Сторон, признавая неопределенность, связанную с потенциальным экологическим и социально-экономическим воздействием, включая долгосрочное и трансграничное воздействие, генетически модифицированных деревьев на глобальное биологическое разнообразие лесов, а также на средства к существованию коренных и местных общин, и учитывая Отсутствие надежных данных и возможностей в некоторых странах для проведения оценки рисков и оценки этих потенциальных воздействий, рекомендует сторонам предпринять

предупредительный подход при решении вопроса о генетически модифицированных деревьях.[8]

Предварительным условием для дальнейшей коммерциализации ГМ лесных деревьев, вероятно, будет их полное бесплодие.[6][9] Деревья плантации остаются фенотипически похожи на своих диких собратьев в том, что большинство из них являются продуктом не более чем трех поколений искусственный отбор, следовательно, риск трансген сбежать опыление с совместимыми дикими видами высока.[10] Одна из наиболее убедительных научных проблем, связанных с генетически модифицированными деревьями, - это их потенциал для широкого распространения семя и пыльца.[11] Тот факт, что пыльца сосны распространяется на большие расстояния, хорошо известен, перемещаясь на расстояние до 3000 километров от своего источника.[12] Кроме того, многие виды деревьев долго размножаются до сбора урожая.[13] Сочетание этих факторов привело некоторых к мысли, что ГМ-деревья заслуживают особого внимания к окружающей среде по сравнению с ГМ-культурами.[14] Обеспечение стерильности ГМ-деревьев оказалось труднодостижимым, но усилия прилагаются.[15] Хотя генетик деревьев Стив Штраус предсказал, что полное сдерживание может быть возможно к 2020 году, остается много вопросов.[16]

Предлагаемое использование

ГМ-деревья в стадии экспериментальной разработки были модифицированы с черты предназначены для пользы промышленности, лесоводов или потребителей. Из-за высоких нормативных и исследовательских затрат большинство генетически модифицированных деревьев в лесоводство состоят из плантационных деревьев, таких как эвкалипт, тополь, и сосна.

Изменение лигнина

Несколько компаний и организаций (включая ArborGen,[17] GLBRC,[18] ...) в целлюлозно-бумажной промышленности заинтересованы в использовании технологии GM, чтобы изменить лигнин содержание насаждений (особенно эвкалипт и тополь деревья[19]). Подсчитано, что сокращение содержания лигнина в плантационных деревьях путем генетической модификации может снизить затраты на варку целлюлозы до 15 долларов за кубический метр.[20] Удаление лигнина из древесных волокон обычно требует дорогостоящих и экологически опасный химикаты.[21] Ожидается, что при разработке ГМ-деревьев с низким содержанием лигнина для процессов варки и отбеливания потребуется меньше затрат,[22] следовательно, мельницы, снабженные ГМ-деревьями с низким содержанием лигнина, могут иметь меньшее воздействие на окружающую их экосистемы и сообщества.[23] Однако утверждается, что снижение уровня лигнина может нарушить структурную целостность растения, тем самым делая его более восприимчивым к ветру, снегу и т. Д. патогены и болезнь,[24] что может потребовать пестицид использовать больше, чем на традиционных плантациях.[25] Это оказалось правильным, и был разработан альтернативный подход, которого придерживался Колумбийский университет. Этот подход заключался в том, чтобы вместо этого ввести химически лабильные связи (путем вставки гена из растения Анжелика китайская ), что позволяет лигнину распадаться намного легче.[26] Благодаря этому новому подходу лигнин с деревьев не только легко разрушается при обработке мягким основанием при температуре 100 ° C, но деревья также сохраняют свой потенциал роста и силу.[27]

Морозостойкость

Генетическая модификация может позволить деревьям справиться с абиотические стрессы так что их географический диапазон расширяется.[28] Морозоустойчивые деревья ГМ-эвкалипта для использования на юге нас с этой целью в настоящее время проводятся испытания плантаций на открытых площадках. ArborGen, компания, занимающаяся биотехнологией деревьев, и совместное предприятие целлюлозно-бумажной компании Rubicon (Новая Зеландия), MeadWestvaco (США) и International Paper (НАС)[29] ведет это исследование.[30] До сих пор выращивание эвкалипта было возможно только на южной оконечности Флорида морозоустойчивость существенно расширит ареал выращивания на север.[31]

Сниженная сила

Фруктовые деревья требуют подвой с пониженной энергией, чтобы они оставались маленькими. Генетическая модификация может позволить удалить подвой, сделав дерево менее сильным и, следовательно, уменьшив его высоту после полного созревания. Ведутся исследования того, какие гены отвечают за жизнеспособность фруктовых деревьев (таких как яблоки, груши и т. Д.).[32][33]

Ускоренный рост

В Бразилия, в настоящее время ведутся полевые испытания быстрорастущего ГМ-эвкалипта, которые должны завершиться в 2015–2016 гг., а их результаты будут коммерциализированы.[34] FuturaGene, биотехнологическая компания, принадлежащая Сузано Бразильская целлюлозно-бумажная компания провела это исследование. Стэнли Хирш, исполнительный директор FuturaGene, заявил: «Наши деревья растут быстрее и толще. Мы опережаем всех. Мы показали, что можем повысить урожайность и темпы роста деревьев больше, чем что-либо, выращенное традиционным методом».[35] Компания стремится сократить циклы уборки урожая с 7 до 5,5 лет с увеличением массы на 20-30% по сравнению с обычным эвкалиптом.[35] Есть опасения, что такие цели могут еще больше усугубить негативное воздействие плантационного лесоводства. Повышенная потребность в воде и питательных веществах для почвы со стороны быстрорастущих видов может привести к безвозвратной потере продуктивности участков и еще больше сказаться на соседних сообществах и экосистемах.[36][37][38] Исследователи факультета естественных наук Манчестерского университета модифицировали два гена тополь деревья, называемые PXY и CLE, которые отвечают за скорость деления клеток в стволах деревьев. В результате деревья растут в два раза быстрее, чем обычно, а также становятся выше, шире и с большим количеством листьев.[39]

Устойчивость к болезням

Экологически мотивированные исследования генетической модификации продолжаются. Существуют текущие схемы, направленные на поощрение устойчивость к болезням в деревьях, таких как Американский каштан[40] (видеть Каштановый упадок ) и Английский вяз[41] (видеть Болезнь голландского вяза ) с целью их реинтродукция в дикую природу. Определенные болезни привели к сокращению популяций этих символических видов до такой степени, что они в основном исчезают в дикой природе. Генетическая модификация проводится одновременно с традиционные методы разведения в попытке наделить эти виды устойчивостью к болезням.[42]

Текущее использование

Тополя в Китае

В 2002 году Государственное управление лесного хозяйства Китая одобрило ГМ-деревья тополя для коммерческого использования.[43] Впоследствии 1,4 миллиона Bt (инсектицид ) производящие ГМ-тополи были посажены в Китае. Их посадили как за свои дерево и как часть китайской 'Зеленая стена' проект, цель которого - помешать опустынивание.[44] Отчеты показывают, что ГМ-тополи распространились за пределы области первоначальной посадки. [45] и что происходит заражение местных тополей геном Bt.[46] Эти разработки вызывают озабоченность, особенно потому, что свойство продуцирования пестицидов может дать тополь положительное селективное преимущество, позволяя ему иметь высокий уровень инвазивность.[47]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ван, Х. (2004). «Состояние генетически модифицированных лесных деревьев в Китае» (PDF). Предварительный обзор биотехнологии в лесном хозяйстве, включая генетические модификации, Рабочий документ по лесным генетическим ресурсам Служба развития лесных ресурсов, Отдел лесных ресурсов. Рим, Италия. ФАО: 96.[постоянная мертвая ссылка ]
  2. ^ Седжо, Р.А. (2005). «Станут ли развивающиеся страны первыми, кто внедрил генно-инженерные леса?» (PDF). AgBioForum. 8 (4): 205.
  3. ^ «Бразилия одобряет трансгенный эвкалипт». Природа Биотехнологии. 33 (6): 577. 9 июня 2015 г. Дои:10.1038 / nbt0615-577c. PMID  26057961.
  4. ^ Седжо, Р.А. (2010). «Трансгенные деревья для биомассы: влияние нормативных ограничений и судебных решений на темпы коммерциализации» (PDF). AgBioForum. 13 (4): 391.
  5. ^ Седжо, Р.А. (2010). «Трансгенные деревья для биомассы: влияние нормативных ограничений и судебных решений на темпы коммерциализации» (PDF). AgBioForum. 13 (4): 393.
  6. ^ а б Кановски, Питер. «Генетически модифицированные деревья: возможности для диалога. Обзорный доклад для The Forests Dialogue» (PDF). Лесной диалог. Получено 16 января 2014.
  7. ^ Уолтер, К. (2010). «20-летний рекорд экологической безопасности ГМ-деревьев». Природа Биотехнологии. 28 (7): 656–658. Дои:10.1038 / nbt0710-656. PMID  20622831.
  8. ^ "Решение КС 8 VIII / 19 Биологическое разнообразие лесов: осуществление программы работы". Конвенция о биологическом разнообразии. Получено 16 января 2014.
  9. ^ Седжо, Р.А. (2004). «Генно-инженерные деревья: перспективы и опасения» (PDF). Ресурсы для будущего: 20–21. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-05-12. Получено 2013-11-15.
  10. ^ Брэдшоу, А.Х. (2001). «Прокладывая курс на ГМ-лесоводство». Природа Биотехнологии. 19 (12): 1103–1104. Дои:10.1038 / nbt1201-1103b. PMID  11731771.
  11. ^ Штраус, С. (2009). «Задушили при рождении? Лесные биотехнологии и Конвенция о биологическом разнообразии». Природа Биотехнологии. 27 (6): 519–27. Дои:10.1038 / nbt0609-519. PMID  19513052.
  12. ^ Уильямс, К. (2010). «Пыльца сосны на дальние расстояния все еще прорастает после мезомасштабного распространения». Американский журнал ботаники. 97 (5): 846–855. Дои:10.3732 / ajb.0900255. PMID  21622450.
  13. ^ Купаринен, А. (2008). «Оценка риска потока генов от генетически модифицированных деревьев, несущих трансгены смягчения». Биологические вторжения. 10 (3): 282. Дои:10.1007 / s10530-007-9129-6.
  14. ^ Джеймс, Р.Р. (1997). «Использование социальной этики по отношению к окружающей среде при оценке устойчивости деревьев к насекомым с помощью генной инженерии». Сельское хозяйство и человеческие ценности. 14 (3): 237–249. Дои:10.1023 / А: 1007408811726.
  15. ^ Ахуджа, М.Р. (2011). «Судьба трансгенов в геноме лесного дерева». Генетика деревьев и геномы. 7 (2): 226. Дои:10.1007 / s11295-010-0339-1.
  16. ^ «Министерство сельского хозяйства США взвешивает план по доставке ГМ-эвкалипта в юго-восточные сосновые земли». Нью-Йорк Таймс. 29 января 2010 г.
  17. ^ Генетически модифицированный эвкалипт с низким содержанием лигнина дает вдвое больше сахара
  18. ^ Тополя, «предназначенные для разрушения», - большое благо для биотоплива
  19. ^ Исследователи создают деревья, которые упрощают производство целлюлозы.
  20. ^ Седжо, Р.А. (2004). «Генно-инженерные деревья: перспективы и опасения» (PDF). Ресурсы для будущего: 15. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-05-12. Получено 2013-11-15.
  21. ^ Овусу, Р.А. (1999). «ГМ-технологии в лесном секторе - предварительное исследование для WWF» (PDF). WWF: 10.
  22. ^ Ноттингем, С. (2002). Genescapes - Экология генной инженерии. Zed Books. ISBN  978-1842770375.
  23. ^ Деринг, Д. С. (2001). «Будет ли рынок видеть устойчивый лес для трансгенных деревьев?» (PDF). Материалы Первого международного симпозиума по экологическим и социальным аспектам трансгенных насаждений: 70–81. Архивировано из оригинал (PDF) на 2014-02-02. Получено 2014-01-25. Общины на плантациях и бумажных фабриках или поблизости от них могут получить чистую экологическую выгоду от более чистой воды и воздуха в своих общинах. (стр.73)
  24. ^ Мейлан, Р. (2007). «Манипулирование биосинтезом лигнина для улучшения популяций в качестве биоэнергетического сырья» (PDF). Институт лесной биотехнологии, генно-инженерные лесные деревья - определение приоритетов для оценки экологических рисков: 55–61. Некоторые ученые считают ... что снижение содержания лигнина может привести к увеличению содержания целлюлозы. Но критики утверждают, что снижение уровня лигнина поставит под угрозу структурную целостность растения и сделает его более восприимчивым к патогенам и болезням. (стр.59)
  25. ^ Холл, К. (2007). «ГМ-технологии в лесном хозяйстве: уроки дискуссии о ГМ-продуктах»'". Международный журнал биотехнологии. 9 (5): 436–447. Дои:10.1504 / ijbt.2007.014270. Изменение качества или количества лигнина может оказать значительное влияние на выживаемость дерева, например, ослабить его сопротивляемость вредителям или болезням и потребовать использования дополнительных пестицидов.
  26. ^ Монолигнол-ферулаттрансфераза вводит химически лабильные связи в основу лигнина
  27. ^ Генетически модифицированные деревья могут очистить бумажную промышленность
  28. ^ Mathews, J.H .; Кэмпбелл, М. (2000). «Преимущества и недостатки применения генной инженерии к лесным деревьям: обсуждение». Лесное хозяйство. 73 (4): 371–380. Дои:10.1093 / forestry / 73.4.371. Как указали Пуллман и др. (1998), изменение адаптации деревьев к стрессам окружающей среды позволит лесоводам выращивать более желательные коммерческие породы деревьев на более широком диапазоне типов почв и участков для посадки. (стр.375)
  29. ^ Harfouche, A .; и другие. (2011). «Генная инженерия деревьев и приложения к устойчивому лесному хозяйству и производству биомассы». Тенденции в биотехнологии. 29 (1): 9–17. Дои:10.1016 / j.tibtech.2010.09.003. PMID  20970211. ArborGen - совместное предприятие International Paper Company (США), MeadWestvaco (США) и Rubicon Limited (Новая Зеландия) (стр.13)
  30. ^ Институт лесной биотехнологии (2007 г.). «Генетически модифицированные лесные деревья - определение приоритетов для оценки экологических рисков - резюме семинара с участием многих заинтересованных сторон» (PDF). Частная компания ArborGen, как сообщается, сосредоточена на разработке трех сортов ГМ: быстрорастущей сосны лоблолли для южных сосновых плантаций, эвкалипта с низким содержанием лигнина для использования в Южной Америке и холодостойкого эвкалипта для южных штатов США (стр. ix) Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  31. ^ «Умышленное высвобождение генетически модифицированных деревьев. Обилие тополей». Безопасность ГМО. 1 июня 2012 г. В деревья внедрен ген, делающий их менее чувствительными к холоду. До сих пор выращивание эвкалипта в США было возможно только на южной оконечности Флориды; Морозоустойчивость может означать, что выращивание будет возможно и в других частях США.
  32. ^ Knäbel M, Friend AP, Palmer JW, Diack R, Wiedow C, Alspach P, Deng C, Gardiner SE, Tustin DS, Schaffer R, Foster T, Chagné D (2015). «Генетический контроль карликовости и скороспелости, вызванных подвоями груш, связан с хромосомной областью, синтеничной локусам Dw1 яблони». BMC Plant Biol. 15: 230. Дои:10.1186 / s12870-015-0620-4. ЧВК  4580296. PMID  26394845.
  33. ^ Foster TM, McAtee PA, Waite CN, Boldingh HL, McGhie TK (2017). "Подвои яблони карликовыми демонстрируют дисбаланс в выделении углеводов и снижение роста клеток и метаболизма". Hortic Res. 4: 17009. Дои:10.1038 / hortres.2017.9. ЧВК  5381684. PMID  28435686.
  34. ^ Овербек В. (2012). «Обзор конфликтов промышленных плантаций деревьев на глобальном Юге. Конфликты, тенденции и борьба за сопротивление» (PDF). EJOLT. 3: 84.
  35. ^ а б Видаль, Дж. (15 ноября 2012 г.). «Плантации ГМ-деревьев созданы для удовлетворения мировых потребностей в энергии - израильская биотехнологическая компания заявляет, что ее модифицированные эвкалиптовые деревья могут вытеснить промышленность, производящую ископаемое топливо». Хранитель.
  36. ^ Гербер, Дж. Ф. (2011). «Конфликты из-за промышленных лесопосадок на Юге: кто, как и почему?». Глобальное изменение окружающей среды. 21: 165–176. Дои:10.1016 / j.gloenvcha.2010.09.005. Лесные плантации, как правило, дестабилизируют круговорот воды, вызывая снижение стока воды в течение года, исчезновение ручьев в засушливый сезон и нанесение ущерба другим (агро) экосистемам (стр.167)
  37. ^ Овусу, Р.А. (1999). «ГМ-технологии в лесном секторе - предварительное исследование для WWF» (PDF). WWF. Биотехнология может непреднамеренно стать еще одним фактором, приводящим к неправильному развитию плантаций. Повышенная потребность почвы в питательных веществах и воде для быстрорастущих видов при коротких севооборотах может привести к безвозвратной потере продуктивности участка. (стр.5)
  38. ^ Ноттингем, С. (2002). Genescapes - Экология генной инженерии. Zed Books. ISBN  9781842770375. быстрорастущие трансгенные деревья потребуют дополнительных питательных веществ и воды для почвы, что скажется на долгосрочном плодородии почв. Для поддержания высоких урожаев может потребоваться значительное количество удобрений.
  39. ^ Генная манипуляция увеличивает скорость роста и размер деревьев
  40. ^ "В дикий лес". Экономист. 4 мая 2013 года.
  41. ^ Харфуш, А. (2011). «Генная инженерия деревьев и приложения к устойчивому лесному хозяйству и производству биомассы». Тенденции в биотехнологии. 29 (1): 13. Дои:10.1016 / j.tibtech.2010.09.003. PMID  20970211.
  42. ^ Пауэлл, Уильям (март 2014 г.) «Генетическое возрождение американского каштана», журнал Scientific American, том 310, номер 3, стр. 52
  43. ^ Лэнг, Крис (2004). «Китай: генетически модифицированное безумие». Всемирное движение тропических лесов. Архивировано из оригинал 3 февраля 2014 г.. Получено 29 января 2014. Два года назад Государственное управление лесного хозяйства Китая одобрило генетически модифицированные (ГМ) деревья тополя для коммерческих посевов.
  44. ^ Затем, C .; Гамбергер, С. (2010). «Генетически модифицированные деревья - тикающая« бомба замедленного действия »?» (PDF). Testbiotech.de.
  45. ^ Седжо, Р.А. (2005). «Станут ли развивающиеся страны первыми пользователями генно-инженерных лесов? Ресурсы на будущее» (PDF). AgBioForum. 8 (4): 205–211. сконструированный ген, вероятно, распространился за пределы области первоначальных насаждений (с.206)
  46. ^ Карман, Н. (2006). «Экологические и социальные последствия быстрорастущих лесных плантаций и генетически модифицированных деревьев» (PDF). Кизил Альянс. Нанкинский институт наук об окружающей среде сообщил, что уже происходит заражение местных тополей геном Bt. (стр.4)
  47. ^ Затем, C .; Гамбергер, С. (2010). «Генетически модифицированные деревья - тикающая« бомба замедленного действия »?» (PDF). Testbiotech. Тополь Bt выращивают рядом с нетрансгенными деревьями, что может замедлить появление резистентности. В этом случае трансгенные тополя будут иметь более высокую приспособленность по сравнению с другими деревьями, что, вероятно, будет способствовать их инвазивности в среднесрочной или даже долгосрочной перспективе. (стр.16)