Plant biotechnology for deeper understanding, wider use and further development of agricultural and horticultural crops

Abstract

Yhteyttävät kasvit ovat ravinnon ja bioenergian ensisijainen lähde maapallolla. Viljelykasvien ominaisuuksia muokkaamalla sekä kasvien biosynteesikoneistoa eri tavoin hyödyntämällä pyritään vastaamaan haasteisiin, joita väestönkasvu ja sen myötä lisääntyvä energian sekä ravinnon tarve tuovat ihmiskunnalle. Lisäksi on pyrittävä hillitsemään ilmastonmuutosta. Tämän katsauksen tarkoituksena on osoittaa, kuinka kasvibioteknologia auttaa vastaamaan näihin haasteisiin. Esimerkkeinä käytetään mm. perunan jalostukseen, viruskestävyyteen ja kylmyydensietoon sekä sädelatvan (gerberan) kukankehitykseen ja kukintaan kohdistuvaa bioteknologista tutkimusta. Se on tuottanut tietoa tärkeiden kasvigeenien sijainnista ja rakenteesta kasvigenomeissa, geenien säätelystä kehityksen aikana sekä geenien reagoinnista ympäristön muutoksiin ja taudinaiheuttajien tartuntaan. Näitä tietoja tarvitaan, jotta kasvien tuottavuutta ja kasvituotteiden laatua voidaan entisestään parantaa mm. biotekniikan keinoin. Molekyyligeneettiset tutkimukset tuottavat myös geenimerkkejä, joilla voidaan tehostaa perinteistä risteytysjalostusta. Geenitekniikan avulla on voitu kehittää uusia viruskestävyyden mekanismeja kasveihin. Biotekniikan menetelmiä voidaan hyödyntää myös syötävien rokotteiden tuottamiseen sekä farmasianteollisuuden tarvitsemien proteiinien tuotantoon kasveissa. Toisaalta biotekniikan menetelmiä tarvitaan geenivarojen kartoittamiseen sekä geneettisen monimuotoisuuden ja geenivirtojen selvittämiseen kasvipopulaatioissa. Näillä tutkimuksilla on merkitystä niin kasvien geenivarojen hyödyntämiselle kuin riskien tunnistamiselle sekä sellaisten viljelykäytäntöjen kehittämiselle, joilla voidaan ehkäistä maa- ja puutarhatalouden haittavaikutuksia viljely- ympäristön ulkopuolella. Tulevaisuudessa kasvibiotekniikalla nähdään entistä suurempi merkitys haettaessa ratkaisuja suuriin haasteisiin, jotka liittyvät ihmiskunnan selviytymiseen. Tähän tarvitaan kasvibiotekniikan osaamisen kartuttamista myös kehitysmaissa.

Plants bind solar energy to organic matter via photosynthesis and assimilation of carbon dioxide from the atmosphere and comprise the major source of nutrition and bioenergy. Plant biotechnology contributes to solution of important constraints in food and feed production and creates new technologies and applications for the sustainable use of plant resources. Genome-wide approaches such as massive parallel sequencing and microarrays to study gene expression, molecular markers for selection of important traits in breeding, characterization of genetic diversity with the aforementioned approaches, and somatic hybridization and genetic transformation are important tools in plant biotechnology. In this paper, studies carried out on enhanced resistance to viruses and tolerance of cold stress in potato, genetic modification of flower pigmentation and morphology in gerbera, production of edible vaccines in transgenic barley seeds, and expression of heterologous proteins for pharmaceutical purposes from vector viruses were chosen to exemplify the general utility of biotechnological approaches and also how plant biotechnology research has developed on cultivated plants at University of Helsinki. The studies reveal cellular and genetic mechanisms and provide scientific information that can be used for widening the uses of crop plants. They can also be used to detect any putative risks associated with the use of the biotechnological application in agriculture and horticulture and to develop practises which reduce any inadvertent negative consequences that plant production may have to the environment.