Den första genetiskt modifierade växten

1983 publicerades tre vetenskapliga artiklar där forskare visade att man kunde modifiera växter med hjälp av genteknik. De tre forskargrupperna använde samma metod för att föra in en isolerad gen i växtens arvsmassa, naturens egen genmodifierare, bakterien Agrobacterium tumefasciens. Bakterien orsakar krongallsjuka, en sjukdom som yttrar sig som tumörartade utväxter på vissa växtarter. Det bakterien gör i naturen är att föra in gener för tillväxthormon och för ämnen som kallas opiner i växtens arvsmassa. Generna för tillväxthormon gör att de celler som bakterien modifierat delar sig okontrollerat och opiner ger bakterierna näring. Genom att genmodifiera växten skaffar sig bakterierna ett eget skafferi. Det forskarna gjorde var att byta ut de gener bakterierna förde över till växten mot gener av intresse och låta dem sköta arbetet. Sedan dess har andra tekniker för att modifiera växter utvecklats, men forskare använder fortfarande i stor utsträckning naturens egen genmodifierare.

Den första växt som godkändes som livsmedel var en tomat med fördröjd mognad som kallades Flavr Savr. Den godkändes 1994, men odlas inte längre. Sedan 1994 har arealerna med genmodifierade grödor stadigt ökat. Under 2017 odlades cirka 190 miljoner hektar med genetiskt modifierade grödor. Det är cirka 12 procent av jordens odlingsbara mark.

Historien började för över 100 år sedan då växtpatologerna Erwin Smith och Charles Townsend fann att det är en bakterie (Agrobacterium tumefaciens, som numer heter Rhizobium radiobacter) som orsakar krongallsjuka. Krongallsjuka yttrar sig som tumörartade utväxter på vissa växtarter.

Jordbakterien Agrobacterium kan infektera en växt och orsakar då krongallsjuka. Copyright Gunilla Elam

I slutet av 1940-talet visade forskaren Armin Braun att krongallen fortsätter att växa även om bakterierna tagits bort. Han föreslog att det var DNA som inducerade tumörtillväxten.

Senare visade franska forskare att krongallvävnaden innehåller ovanliga ämnen (opiner) som normalt inte finns i växter. De visade också att vilken typ av opin det rör sig om beror på vilken stam av bakterien som orsakat krongallsjukan och inte på vilken växtart som infekterats.

1974 rapporterade belgiska forskare att de stammar av Agrobacterium (ett av forskarnas smeknamn på Agrobacterium tumefaciens) som orsakade krongallsjukan innehåller en stor plasmid (cirkulärt DNA) och att de bakterier som inte har förmågan att infektera växter saknar denna plasmid. Mellan 1974 och 1975 visade den belgiska forskargruppen och forskare från USA att det verkligen var plasmiden som orsakade tumörtillväxten. Den fick namnet Ti-plasmid (Tumör-Inducerande plasmid).

Några år senare visade forskare att bakterien för över en bit av Ti-plasmiden (T-DNA) till växten. Detta T-DNA sätts in i växtens arvsmassa. Det DNA bakterien modifierar växten med innehåller dels gener för växthormoner som resulterar i tumörtillväxt, dels gener för produktion av opiner. Opiner ger nämligen näring till bakterierna. Man kan säga att bakterierna genom att genmodifiera växten skaffat sig ett eget skafferi.

Därefter var steget inte långt till att forskare kunde byta ut bakteriens T-DNA mot en gen av intresse och låta Agrobacterium föra över genen till en växt. Sedan dess har andra tekniker för att modifiera växter utvecklats, men forskare använder fortfarande naturens egen genmodifierare.

En backtravs-planta med knoppar doppas i en Agrobacterium-lösning. Knoppdopp är en metod för att genmodifiera backtravs-plantor. Foto: Stefan Jansson, Umeå universitet.

Referenser

Brinster, R. L., Chen, H. Y., Trumbauer, M. , Senear, A. W., Warren, R. & Palmiter, R. D. (1981). Somatic expression of herpes thymidine kinase in mice following injection of a fusion gene into eggs. Cell, 27:223–231.
Cohen, S. N., Chang, A. C. Y.,Boyer, H. W., & Helling, R. B. (1973). Construction of biologically functional bacterial plasmids in vitro. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 70:3240-3244.
Costantini, F., & Lacy, E. (1981). Introduction of a rabbit beta-globin gene intro the mouse germ line. Nature, 294:92–94.
Fraley, R. T., Rogers, S. G., Horsch, R. B., Sanders, P. R., Flick, J. S., Adams, S. P., Bittner, M. L., Brand, L. A., Fink, C. L., Fry, J. S., Galluppi, G. R., Goldberg, S. B., Hoffmann, N. L., & Woo, S. C. (1983). Expression of bacterial genes in plant cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 80:4803–4807.
Gordon, J. W. & Ruddle, F. H. (1981). Integration and stable germ line transmission of genes injected into mouse pronuclei. Science, 214:1244–1246.
Gordon, J. W., Scangos, G. A., Plotkin, D. J., Barbosa, J. A., & Ruddle, F. H. (1980). Genetic transformation of mouse embryos by microinjection of purified DNA. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 77:7380–7384.
Grunewald, W., Bury, J., & Inzé, D. (2013). Thirty years of transgenic plants. Nature, 497:40.
Hanahan, D., Wagner, E. F. & Palmiter, R. D. (2007). The origins of oncomice: A history of the first transgenic mice genetically engineered to develop cancer. Genes and Development, 21:2258–2270.
Herrera-Estrella, L., Depicker, A., van Montagu, M., & Schell, J. (1983). Expression of chimaeric genes transferred into plant cells using a Ti-plasmid-derived vector. Nature, 303:209–213.
Jackson, D. A., Symons, R. H., & Berg, P. (1972). Biochemical method for inserting new genetic information into DNA of Simian Virus 40: Circular SV40 DNA molecules containing lambda phage genes and the galactose operon of Escherichia coli. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 69:2904-2909.
Jaenisch, R., & Mintz, B. (1974). Simian virus 40 DNA sequences in DNA of healthy adult mice derived from preimplantation blastocysts injected with viral DNA. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 71:1250-1254.
Wagner, E. F., Stewart, T. A. & Mintz, B. (1981). The human beta-globin gene and a functional viral thymidine kinase gene in developing mice. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 78:5016–5020.