GM növények szerepe a tudományban és az agráriumban. Konferencia

Átírás

1 GM növények szerepe a tudományban és az agráriumban Konferencia

2 Általános Információk A konferencia időpontja: július 7-8. A konferencia helyszíne: MTA Szegedi Biológiai Központ (Nagyelőadó) 6726 Szeged, Temesvári krt. 62. A konferencia látogatása díjmentes, de előzetes regisztrációhoz kötött. Szervező iroda: Top Congress Kft Szeged, Pálfy u. 14. Telefon / Fax: 62/ info@top-congress.hu Program július 6. kedd regisztráció az MTA Szegedi Biológiai Központ (SZBK) halljában Program július 7. szerda ELŐADÁSOK (a Szegedi Biológiai Központ nagyelőadójában) Megnyitó: Dudits Dénes Fári Miklós Debreceni Egyetem Agrár és Műszaki Tudományok Centruma, Debrecen A hazai zöld géntechnológia helye a biotechnológia történetében Györgyey János MTA SZBK, Növénybiológiai Intézet, Szeged A géntechnológia alapjai, génizolálási stratégiák Pauk János Gabonakutató Non-Profit Közhasznú Kft, Szeged Génbeviteli és szelekciós módszerek Szünet - 2 -

3 Program július 7. szerda Horváth V. Gábor MTA SZBK, Növénybiológiai Intézet, Szeged Abiotikus stresszrezisztens GM növények Jenes Barnabás Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóközpont, Gödöllő Biotikus stresszrezisztens GM növények Czepó Mihály MONSANTO Hungária Kft, Budapest Gyomirtószer-rezisztencia génbeépítéssel Ebéd Bedő Zoltán MTA Mezőgazdasági Kutatóintézet, Martonvásár Funkcionális élelmiszerek fejlesztése molekuláris növénynemesítéssel Tamás László ELTE Növényélettani és Molekuláris Növénybiológiai Tanszék, Budapest Molecular farming Dudits Dénes MTA SZBK, Növénybiológiai Intézet, Szeged GM növények és a klímaváltozás: zöldenergiák Marton Csaba MTA Mezőgazdasági Kutatóintézet, Martonvásár Géntechnológia a gyakorlati kukoricanemesítésben Jeney Apor Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóközpont, Gödöllő Géntechnológia alkalmazása a paprikanemesítésben Fogadás (SZBK) - 3 -

4 Program július 8. csütörtök ELŐADÁSOK (a Szegedi Biológiai Központ nagyelőadójában) Popp József Agrárgazdasági Kutatóintézet, Budapest GM növények gazdasági hatásai Vértes Tímea FVM Kutatási és Biotechnológiai Osztály, Budapest Törvényi szabályozás és kormányzati szerep Balázs Ervin MTA Mezőgazdasági Kutatóintézet, Martonvásár GM növényekkel kapcsolatos biztonsági rendszerek Szünet Kiss József SZIE Növényvédelmi Tanszék, Gödöllő Környezeti kockázat vizsgálatok GM kukoricákkal Tóth István MOSZ, Budapest GM növények a gazda szemével Venetianer Pál MTA SZBK, Biokémiai Intézet, Szeged A géntechnológia etikai vonatkozásai Dudits Dénes MTA SZBK, Növénybiológiai Intézet, Szeged GM növények, agrárinnováció - záró beszélgetés Ebéd - 4 -

5 absztraktok

6 A SEMMELWEIS REFLEX ÉS A HAZAI ZÖLD GÉNTECHNOLÓGIA HELYE A BIOTECHNOLÓGIA TÖRTÉNETÉBEN Fári Miklós Gábor Debreceni Egyetem AGTC, Növényi Biotechnológiai Tanszék, Debrecen (fari@agr.unideb.hu) Bevezetés Általános vélemény napjainkban a szakemberek körében is -, hogy a 21. század egyik hightech tudományának, a biotechnológiának jelene, és jövője van; önálló, tudomány-filozófiaként is értelmezhető története nincs. Jellemző vélemény - különösen a fiatalok körében - az is, hogy a biotechnológia az USA-ban, vagy Európa iparilag fejlett államaiban, a 20.-ik század utolsó egykét évtizedében született tudomány. Az elmúlt évtizedben végzett részletes forráselemzéseink tanúsága szerint azonban fenti vélemények megalapozatlanok. Úgy tűnik ugyanakkor, hogy a primer biotechnológia-történeti források pontos ismeretére alapozott filológiai elemzések napjaink zöld géntechnológiájának hazai recepciós sajátosságaira is vonatkoztathatók. A biotechnológiának nemcsak jövője, de múltjának tanulságos története is van Magyarországon a biológia határtudományainak kétszáz éves története hiányos; ez alól elsősorban az orvostudomány, és részben a botanika, agrártudomány, stb. számítanak kivételeknek. Rapaics Raymund ellentmondásoktól sem mentes munkája (1953) óta a magyar biológia története is mozaikosan kerül feldolgozásra. Nemcsak a történeti kutatások hiányának tulajdonítható az a tény, hogy hazánkban nem ismert: a biotechnológia, mint fogalom, és doktrína Budapesten született, az 1897 és 1919 közötti két évtizedben, és a múlt század harmincas éveinek végén kormányprogramba vonták be. Az sem elfogadott, hogy a hazai zöld biotechnológiát megalapozó első időszak 1913 és 1945 között zajlott: az egyenlőtlen anyagi lehetőségek ellenére a nemzetközi elittel folytatott versenyfutás korszaka is volt. Robert A. Wilsonnak tulajdonítják - többek között - egy kevéssé ismert, ám nem ritka társadalmi reakciót, az un. Semmelweis-reflexet. Ez a fogalom az eredeti, új, és tudományos vizsgálatokon alapuló ismeretek automatikus, átgondolás, ellenőrzés, vagy kísérletek nélküli elvetését, elutasítását jelenti. Kísérletei és felismerései kapcsán ezt tették Semmelweis Ignácz kortársai: eredményeinek teljes befogadására fél évszázadig kellett várni. Az alábbiakban röviden összefoglaljuk három elfeledett, ám eredményeiket illetően a fiatalok és a döntéshozók számára is példa értékű magyar biotechnológus úttörő, Ereky Károly, Galambos Mária és Orsós Ottó munkásságát. Párhuzamokra ismerve alaposan feltételezhető, hogy mindhárom életműre illik a Semmelweis-reflex. Úgy tűnik továbbá, hogy a géntechnológia legújabb kori hazai történetét is egyfajta Semmelweis-reflexen alapuló, politikai-társadalmi recepciós hullám kíséri. A biotechnológia születése Magyarországon - Ereky Károly A Nature-ben Robert Bud (1989) beszámolt arról, hogy a biotechnológia-fogalom apja a magyar Ereky Károly, aki 1919-ben, a Biotechnologie der Fleisch-, Fett- und Milcherzeugung im landwirtschaftlichen Grossbetriebe címmel Berlinben publikált könyvében közölte erre vonatkozó új nézeteit. A közelmúltban életrajzi forrásokat és Ereky által publikált, elfeledett korabeli dokumentumokat kutattunk fel, melyek segítségével az első biotechnológia-fogalom születésének részletes története ma már tényszerűen tisztázható. Ereky Károly gépészmérnök volt. Diplomáját a budapesti József Műegyetemen 1900-ban szerezte meg. Ereky 1909-ben a - 6 -

7 talajt, a gazdasági növényeket és haszonállatokat élelmiszertermelő szerszámoknak nevezte, hasonlóan a gép-, cukor-, szesz- és cipőgyár szerszámaihoz. Bizonyítandó újszerű műszaki és üzemszervezési elképzeléseinek életrevalóságát, Budapest határában megtervezte, majd ben felépítette a korabeli világ legnagyobb, tonna sertészsír előállítására méretezett, részvénytársaság formában működtetett ipari sertéshízlaldáját. Ezek az események tekinthetők a biotechnológia-fogalom születése első szakaszának. A második szakasz az I. Világháború alatt következett be. A Központi Hatalmakat érintő tengeri blokád súlyos hiányokat idézett elő az élelmiszer ellátásban is. Ereky a háború első éveiben tisztként szolgált a fronton, azonban a harcok pihenőiben az élelmiszertermelés korabeli technikai korlátait, és növelésének új természettudományos lehetőségeit tanulmányozta. Irodalmi adataink szerint a biotechnológia szót leszerelése után, először április 14. én a cukorrépa cukortermelését, majd a szarvasmarha tejprodukcióját elemező magyar nyelvű előadásban mondta ki Budapesten, munkagép, élő munkagép, és végül biotechnológiai munkagép szókapcsolatok formájában. Ereky ugyanez év tavaszán és nyarán súlyos katonai, belpolitikai és gazdasági nyomás időszakában kísérleti munkával szélesítette tovább elképzeléseit a biotechnológia tárgykörben. A frissen kaszált lucerna rosttól megszabadított zöld levéből jól tárolható, száraz plazmakoncentrátumot állított elő. Ennek felhasználásával új takarmányreceptet kísérletezett ki és 1917-ben igazolta, hogy a sertések a korábbi 6 kg helyett 3 kg takarmányból is elő tudtak állítani egy kilogramm zsírt. Felismerte az új eljárás elméleti és gyakorlati jelentőségét. Ezért annak lehetséges biológiai magyarázatát is kereste, majd a tudomány evolúciója került az érdeklődése középpontjába. Új felfogásának első leülepedett eredményét a Magyar Mérnök- és Építész-Egylet Közlönyének október 13.-i számában Biotechnológia című dolgozatában publikálta. Mai ismereteink szerint ez a 2950 szót tartalmazó magyar nyelvű Ereky-dolgozat az első, biotechnológiát megfogalmazó munka, több hónappal megelőzve a Biotechnologie berlini kiadását. Dolgozatában Ereky - a már ismert biotechnológia fogalom meghatározása után - utalt arra, hogy a biotechnológia abból az alaptételból indul ki, hogy az egész állat- és növényvilág minden egyes sejtje, elkezdve a láthatatlan bacillusoktól föl a legnagyobb szárazföldi emlősig és a terebélyes tölgyfáig ugyanazokból a szerves és szervetlen építőkövekből áll, és az egyes sejtek csupán a felépítés módjában különböznek egymástól. Felhívta a figyelmet arra a fontos körülményre, hogy többek között - a nukleinsavak és fehérjék kémiai építőkockái az állatokban és a növényekben azonosak; az élőlény az összetett molekulákat, az építőkockákat a saját szervezetében előírt üzemterv szerint szétszedi és összerakja, átalakítja saját szervezete alkotórészévé, például a növényben levő építőköveket izomrosttá. Ereky a biológiai alapfolyamatok technológiai jellegű értelmezéséhez a párhuzamot kiterjedt műszaki ismeretei alapján vonta meg. Felkészült műszaki szakemberként pontosan ismerte, hogy az elméleti fizika óriási fejlődése alapozta meg korának műszaki haladását. Például a repülőgépek kis motorjainak megépítését a hőelmélet új ismeretei alapozták meg. Ereky leírta, hogy a dolgozat közlésének célja az érdeklődés felkeltése egy új, megszülető tudomány iránt, melynek első tudományos definiálásával a magyar nyelvű prioritást akarta biztosítani. Ezt követte a Biotechnologie című könyve, amelynek kéziratához az előszót augusztus 25.-én vetette papírra. Ereky 1919 őszén élelmezési miniszter volt már, amikor a Biotechnologie -ben kifejtette, hogy az élelmiszertermelésben a belső tulajdonságok titkait mind alaposabban feltáró, elméleti biológiai ismeretekkel szövetséges új tudomány, a biotechnológia ölt majd testet. Úgy vélte, hogy az atomszerkezet ismeretein kialakuló új kémia, az életfolyamatok titkait az eddigieknél pontosabban feltáró biokémia fejlődése teremti majd meg a biotechnológia tudományát is. Ereky besorolása szerint a biotechnológia a természettudományokat - 7 -

8 alkalmazó, fogyasztási cikkeket előállító munkaszervezés tudomány (technológia) új, az élő organizmusokkal, biológiai munkagépekkel foglalkozó ága. Az első biotechnológia-fogalom születésének harmadik aktusára az első világháborút lezáró békekötéseket követően került sor. Az ex-miniszter Ereky originális gondolatait, mint az egész világra kiterjeszthető kreatív szellemi teljesítményt 1920-ban ismerte el a német és a nemzetközi tudomány. A Die Naturwissenschaften december 31.-i számának vezércikkét Ereky írta. Ebben a világ élelmiszertermelési válságának megoldásában a biotechnológia fejlesztésének szükségességére hívta fel ismét a tudósok figyelmét. A háború utáni új gazdasági-politikai világrendszerben a nyugati világ természettudományos gépezete új generációval, új módszerekkel és új lendülettel haladt tovább az élet titkainak feltárása irányába. A Magyar Királyság a világháborút követő gazdasági krízisek és politikai káosz időszakában perifériára szorult, s így számos fejlesztési lehetőség intenzív folytatásához már nem nyílt lehetősége. Ereky Magyarországon maradt, ahol továbbra is befolyásos személyiségként tartották számon. Nem volt alapkutatással, illetve részletkérdések feltárásával foglakozó kutató. Tudományos ars-poétikájának fókuszában következetesen hazáját, és az emberiséget súlytó éhínség végleges felszámolása volt, a természettudományos ismereteket, az új biokémiát alkalmazó, eljövendő biokémiai kor, a biotechnológia eszközeivel. Az utókor szemében Ereky Károly legnagyobb, elévülhetetlen érdeme, hogy az új biotechnológia korszakalkotó jelentőségét akkor ismerte fel és fogalmazta meg, mielőtt annak objektív művelhetőségi módszerei és eszközei rendelkezésre állhattak volna. Nyolcvanegy évvel Ereky műve után, a Nobel-díjas Norman Borlaugh egyik cikkének címe kísértetiesen egyezik Ereky 1919-es Biotechnologie -könyvének zárófejezet-címével. We need biotechnology to feed the world írta Borlaugh 2000-ben. The paper of biotechnology in the feed of the population írta Ereky 1919-ben. Szakmai örökségének, életének, továbbá közéleti-politikai működésének, a Népbíróság általi elitélésének kutatása az Ereky Károly Biotechnológiai Alapítvány (Debrecen) támogatásával tovább folytatódik. Kísérletek az orchideák aszimbiotikus csíráztatására - Galambos Mária A hazai növényélettani irodalom első összefoglaló tudományos művét Mágocsy-Dietz Sándor publikálta 1909-ben A növények táplálkozása címen. A klasszikus irodalom színtézise mellett számos kertészeti növényt mutatott be, többek között Gottlieb Haberlandt munkáit is figyelembe vette. Mágocsy-Dietz ezen könyve elméleti szinten fogalmazódott meg; de még nem hangsúlyozta ki markánsan az innen kiágazódó új technológiákra gyakorolt várható hatást. Mágocsy-Dietz ismerteti a mikorriza-tanokat, azonban az orchideák mikorrizáját és magról történő szaporítás új módszereit nem említette. Az előbbit N. Bernard közölte 1904-ban először Franciaországban, az utóbbit pedig H. Burgeff 1909-ben Jénában. Másként gondolkodott erről Mágocsy-Dietz tanársegédje, Galambos Mária, későbbi fővárosi vegyész. Galambos tanulmányozta Burgeff 1909-es, és valószínűleg Molisch 1916-os könyvét is, és akkor igen merészen, az orchidea-magok in vitro csíráztatását, magoncok tiszta tenyésztését tűzte ki céljául. Az ekkor elkezdődött történetnek nagy tudománytörténeti jelentősége van. Sajnos nem rendelkezünk primér forrásokkal, ezért csak a kortársak - esetleg nem pontos - visszaemlékezései alapján lehetett rekonstruálni az eseményeket. Galambos Mária elképzelésének helyességét között kísérletekkel igazolta. Az orchidea magokból 1914-ben in vitro módszerrel csíráztatott, aszimbiotikus, különböző cukrok hozzáadása után micorhiza-mentes, steril táptalajon is fejlődő orchidea tenyészeteket állított elő. Állítólag ezeket 1916-ban bemutatta Mágocsy-Dietz professzornak, jelezvén, hogy ezt a témát szeretné doktori értekezésének témájaként választani. A professzor ezt nem fogadta el, mert úgy találta, hogy - 8 -

9 nincs olyan személy Magyarországon, aki azt érdemben el tudná bírálni. Mágocsy-Dietz nem sejtette, hogy ezzel egy világraszóló tudományos felfedezéstől fosztotta meg Galambos Máriát és Magyarországot. Galambos munkájának valódi értékét majd egy évtizeddel később, között az USA-ban igazolta L. Knudson ben, - Mágocsy-Ditz professzor nyugdíjba vonulásának évében - Galambos Mária kilépett újra a szakmai nyilvánosság elé. Ekkor közölte - az eddig felfedezett egyetlen - cikkét az orchidea szaporításáról. Ennek a hátteréhez tartozik, hogy Galambos a harmincas évek elején kis szövettenyésztő magánlaboratóriumot rendezett be lakásában, ahol újrakezdte a két évtizeddel korábban megkezdett kutatásait. Az orchideák magról való, nevelése c. cikke a Természettudományi Közlönyben jelent meg. Szaporítási kísérleteit ismét siker koronázta. Cikkét az első, Magyarországon in vitro csíráztatásból felnevelt orchidea virágról készített fotóval is illusztrálta. A következő évben, az Országos Magyar Kertészeti Egyesület 50 éves jubileumi kiállításán munkáját nagy sikerrel mutatta be a közönségnek és elnyerte az állami aranyérmet. Az eredmények oktatásba, gyakorlatba történő bevezetését illetően közöny vette körül Galambos Máriát. Munkáját ennek ellenére 1939-ig folytatta. Nagy veszteségünk, hogy az összes feljegyzése a második világháború során kiégett lakásában megsemmisült, és neve is több mint ötven évig feledésbe merült. Hiteles korabeli dokumentumok hiányában Galambos prioritásán, munkásságának nemzetközi jelentőségén napjainkig vitáznak. A most felfedezett dokumentumokban Galambos nem hivatkozott egykori, sikeres steril magvetési munkáira. Az in vitro növényi szövettenyésztés kezdetei - Orsós Ottó A szövettenyésztés történetének ismerete az egyetemes biológia fejlődésének megértése szempontjából érdemel figyelmet. A szövettenyésztés úttörői a Magyar-Óvárott 1857-ben született, majd Ausztriába, később Németországba költözött Gottlieb Haberlandt és Amerikában a John Hopkins Kórház kutatója, későbbi Yale professzor, Ross Granwille Harrison voltak. A 20. század harmincas éveinek végéig a kutatások által megválaszolásra váró tudományos kérdés a szabályozott in vitro növényi szervdifferenciálódás és tiszta kallusztenyésztés modelljeinek keresése volt. Sachs speciális növényi szervképző anyag hipotézisének (1880) és Haberlandt totipotencia-elméletének (1902) bizonyítása a növényélettani kutatások történetének egyik fontos területe volt. Elsők között White (1934), valamint Gautheret (1939) és Nobecourt (1939) felfedezéseinek köszönhető a növényi szövettenyésztés alapmódszereinek a kidolgozása. Tudománytörténeti szempontból fontos bemutatni, hogy ebben a korban miként tartott ezen a területen lépést a világ élmezőnyével a magyar tudomány néhány jeles képviselője. Haberlandt sejtbiológiai kutatásainak hazai hatása a húszas évek első felétől kimutatható. Ezt bizonyítja, hogy Haberlandt növényi hormonelmélettel kapcsolatos úttörő munkásságát Fehér Dániel 1923-ban A hormonok szerepe a növények életében című cikkében részletesen összefoglalta; a növényi hormonokról ez volt az első magyar nyelven készített dolgozat. Az izolált sejtek osztódása terén kifejtett Haberlandt-munka jelentőségére pedig Gombocz Endre A sejtosztódás újabb megvilágításban című közleményben 1927-ben hívta fel a hazai szakemberek figyelmét, elismerve annak tudománytörténelmi jelentőségét. Azt írta Gomboc 1927-ben: Haberlandt volt az első, ki az előbbi kérdésre kísérletes vizsgálatok alapján akarta a feleletet megadni. Izolált sejtekkel végzett kísérletei alapján egy növekedés enzymára gondol, mely a sejtosztódásokat, chemiai ingerekhez hasonlóan kiváltaná (Haberlandt, 1902) végén a Pázmány Péter Tudományegyetem Növényélettani Intézetének élén Mágocsy-Dietz Sándorz utóda Paál Árpád lett, akinek a nevét növekedés- (auxin) élettani munkáiról már akkor is az egész világon ismerték. Az in vitro organogenezis témakörben a Protoplasma c. folyóirat 1936., és a - 9 -

10 Biologisches Zentralblatt évfolyamában Paál Árpád egyik fiatal tanítványa, Orsós-Orován Ottó is publikálta szövettenyésztési eredményeit. Orsós 1934-ben, abban az időben kezdte el kutatásait Budapesten, amikor a hazai szövettenyésztést korábban Debrecenben elindító (1929) Huzella Tivadar volt a kísérletes sejttan egyik meghatározó nemzetközi tekintélye ban a Nobel-díjas Romain Rollanddal is levelező Huzella elnökölt a Cambridge-ben tartott 3. Nemzetközi Kísérleti Sejttani Kongresszuson. Elnöki megnyitójának címe A szövettenyésztés kapcsolatai a biológia általános és az orvostudomány különleges problémáival volt. Huzella, Debrecenből Budapestre költözés után, 1930-ban magán biológiai kutató állomást is alapított Alsógödön, amely később ismert találkozó pont lett a hazai és külföldi biológusok körében, így a szövettenyésztőknek is. Itt látogatta meg Huzellát például Alexis Carrel, aki még évek múltán is elragadtatással nyilatkozott Huzella teljesítményéről. Huzella budapesti intézete adott otthon az Anatomische Gesellschaft évi kongresszusának, amelyet a sejt felfedezésének százéves évfordulója alkalmából szervezett. Nem vitás, hogy Paál és Huzella személye, valamint Haberlandt megválaszolatlan totipotencia teóriája, növényi hormon-elméletei a múlt század harmincas éveinek közepén a tehetséges Orsóst a növényi szövettenyésztés irányába fordították. A növényi szövettenyésztés nagy kérdéseinek megoldására való törekvés, mint recepciós probléma - egyidőben és versenyben Gautheretvel, Nobecourt-tal és White-tal - Budapest biológus köreiben is jelen volt. Orsós Ottónak tehát Budapesten módjában volt részleteiben megismerni mind Haberlandt eredeti teóriáit, mind az azokról készült hazai beszámolókat. Orsós Ottó leginkább Haberlandt közvetlen követője, munkájának magyar folytatója volt: kutatásaiban elsőként a Haberlandt által ben összefoglalt sebhormon-kérdést kívánta megválaszolni, fehérje bomlástermékek között keresve a titokzatos sebhormont. Ennek érdekében Haberlandt módszerét fejlesztette tovább, és karalábé gumókból kimetszett szövetkockák felhasználásával Petri-csészékben agarral gélesített steril táptalajon nevelt, multifunkciós, in vitro kalluszindukciós, valamint szervregenerációs modellt dolgozott ki. E rendszer felhasználásával, megállapította, hogy a Haberlandt által feltételezett sebhormon és az un. lepton esetleg a tirozin lehet. Később a karalábé gumó présnedvéből kémiai úton tisztítással szerképző -extraktumokat állított elő. Orsós ezek steril táptalajhoz történő adásával a karalábégumó-kockák organogenezisét, és rizogenezisét különkülön tudta irányítani, melyet szövettani vizsgálatokkal követett nyomon. Megállapította, hogy a hajtásképző faktorok elkülöníthetők a gyökérképződést és a sejtosztódást előidéző anyagoktól, valamint az esetleges járulékos tápanyagoktól. Módosított White-féle (1934) táptalajt alkalmazva anyaszövetről leválasztott, in vitro folyamatosan növő és átoltható, tiszta kallusztenyészetet állított elő. Orsós a hajtásregenerációt követően teljes növényt is felnevelt as dolgozatának megjelenését követően a francia Gautheret (1939) és Nobecourt (1943) megkísérelték a karalábé gumódarabkákból a teljes növény regenerációt; nem hivatkoztak Orsósra, azonban eredményeit ismerték. Ezt huszonegy évvel később, 1959-ben megjelent monográfiájában Gautheret ismerte el. Halála (1939) után Orsós eredményeit mind a külföldi kortársak, mind a későbbi utódok elfelejtették; neve napjainkig kimaradt a szövettenyésztés jelentős úttörőinek sorából. Azt írta Rapaics 1941-ben: Orsós szervképző tényezővel fejlesztett karalábénövénykét leválasztott a tenyésztett szövetről, cserépbe ültette, ahol rendszeres fejlődésnek indult Orsós azt is megfigyelte szövettenyészeteiben, hogy a karalábédarabka más felületein kallusz képződik. A kalluszt sikerült különválasztani a karalábészövetektől és magában tovább tenyészteni. E kallusztenyészetekkel azonban nem foglalkozhatott tovább korai halála miatt. Ahol Orsós abbahagyta, ott fogta meg a problémát White. Eddig nem ismert új felfedezés, miszerint Orsós Ottó 1937-től a zöld géntechnológiát születésében kulcsfontosságú

11 baktérium, az Agrobacterium tumefaciens által fertőzőt szövetek in vitro morfogenezisével kezdett el foglalkozni. Első eredményeiről a Berlinben tartott, 12. Kertészeti Világkonferencia kiadványában francia nyelvű rövid közleményben számolt be. Összefoglalás - Következtetések Forráskutatások adatai alapján tényszerűen igazoltuk, hogy Magyarországon a tágabb értelemben vett biotechnológia hőskorában, között alkotó, három rangos szakember örökségét napjainkig a Semmelweis-reflex kíséri. Munkásságuk eredetiségét a hazai kortársaik vagy nem ismerték fel, vagy elhallgatták. Nemzetközi összehasonlításban is kiemelkedő eredményeik méltó bemutatása nemcsak a szakkönyveinkből, hanem az oktatási-képzési dokumentumokból is kimaradtak. Ereky Károly biotechnológia-definícióját, eredményeit, nézeteit saját korában támadások érték, megmásították, vagy csak részben fogadták be, majd elfelejtették. Erekyt 1945 után kizárólag politikai ellenfélnek minősítették, és mint a híres orosz botanikus, Vavilov, börtönben halt meg. Jeltelen sírban nyugszik. Galambos Mária kutatási eredményeit a megfellebbezhetetlen tekintélyt és hatalmat élvező, felsőházi tag professzora, és a teljes hazai kertészeti szakma közönnyel fogadták; az utókor elismerése nélkül, megkeseredve halt meg. Orsós Ottó érdemeit előbb a külföldi kortársak hallgatták el, majd a hazai követők felejtették el szeptember 01-én bekövetkezett öngyilkosságának okát részben meghamisították, és politikai-ideológiai körülményekkel hozták összefüggésbe. Jeltelen sírban nyugszik. Állíthatjuk, hogy a hazai biotechnológia szellemi gyökerei nem a számára kiszabott, természetes tudás-folyam egészséges bázisán fejlődtek ki az elmúlt évtizedekben. Ezt, a múltjára is méltósággal tekintő nemzet tudós társadalma nem teheti meg hátrányos következmények nélkül. A zöld géntechnológia hazai recepciója azért is ütközik nehézségekbe, mert sem a magyar közvélemény, sem a döntéshozók nem ismerik, nem értik kellő mélységben a múlt üzenetét. Sütő András szavaival: havasi emberek mondják, hogy akkor kerülnek végveszélybe, ha lábuk nyomát befedte a hó. Eredeti fényképek alapján a magyar biotechnológus úttörőkről poszthumusz portré festmények készültek; Orsós Ottó nevét vette fel a Debreceni Egyetem AGTC Növényi Biotechnológiai Tanszék laboratóriuma. Köszönetnyilvánítás Az ismertetett tudománytörténeti kutatásokat az Ereky Károly Biotechnológiai Alapítvány (Debrecen) végezte

12 A GÉNTECHNOLÓGIA ALAPJAI, GÉNIZOLÁLÁSI STRATÉGIÁK Györgyey János MTA Szegedi Biológiai Központ, Növénybiológiai Intézet, Szeged A géntechnológia alapjainak megértéséhez kiindulási pontunk az a felismerés, hogy a földi élet genetikai kódja egységes. A fehérjéket meghatározó információ a nukleinsavak bázissorrendjében tárolódik és örökítődik tovább az utódsejtekre, és a bázishármasok alkotta kodonok ugyanazokat az aminosavat kódolják az embertől kezdve a növényeken át szinte az összes baktériumig. Ez az örökí tő nukleinsav az RNS vírusok kivételével a DNS, mely ugyanabból a négyféle bázisból épül fel, és antiparalel kétszálú DNS-ként replikálódik. (1. ábra) Ennek a DNS-nek egyes jól körülha tárolható sza kaszai a gének. 1. ábra Watson és Crick a DNS kettős spiral modelljével Az első rekombináns DNS molekulákat a 70-es években állították elő, és vitték át egyik élőlényből a másikba. Kezdetben baktriofágokkal, illetve baktériumokkal folytak a kísérletek, majd a baktériumok transzformációjának (génbeviteli módszerének) és a rekombináns DNS-technikáknak a rutinmunkává válásával elkezdődött a legösszetettebb állatok és növények génjeinek azonosítása is. A 80-as 90-es évek jellemzője a különböző génkönyvtárak készítése és az egyes, meghatározott gének megkeresésére és molekuláris klónozására szolgáló módszerek széleskörű használata volt. Az izolált gének struktúrájának jellemzése (a fehérjét kódoló régió, a szabályozó szekvenciák megkeresése) mellett a gén kifejeződésének megismerése voltak az alapvető célok. Általában valamely tulajdonsághoz, fenotípusos jellemzőhöz, megismert fehérjéhez, illetve mutációhoz társítható géneket kerestek. Ez tulajdonképpen a klasszikus (forward) genetikai módszer lényege. A gének szabályozó régióinak megismerése többek között annak felismeréséhez is elvezetett, hogy szabályázó fehérjék, úgynevezett transzkripciós faktorok kölcsönhatási hálózata a gének promóterén keresztül irányítja egy-egy gén átírásának ki és bekapcsolását, működésének erősségét. (2. ábra)

13 2. ábra A gének átírásának alapelemei növényi promóterben A DNS bázissorrendjének meghatározására szekvenálásra kidolgozott módszerek rohamos fejlődése és automatizálása a 90-es években lehetővé tette a DNS tömeges szekvenálását, és ezzel elkezdődött először a prokarióták, majd később, az ezredforduló 3. ábra Különböző élőlények haploid genommérete (C érték)

14 környékére az első eukarióta élőlények, köztük az ember teljes genomszekvenciájának meghatározását. Természetesen a kisebb méretű, néhány millió bázispárból álló bakteriális genomok szekvenciájához képest a 10 gigabázist (milliárd bázispár) meghaladó búza vagy kétéltű genomok (3. ábra) szekvenálása még ma is komoly kihívás a tudomány számára. Napjainkig már több mint ezer különböző baktérium teljes genomja ismert, de 38 eukarióta genomszekvenálása is befejeződött, több mint háromszáz új genomszekvenciának már az összeállítása folyik jelenleg, és még sokszáz másik szekvenálása megkezdődött. ( Ennek a köznapi megfogal mazásban legtöbbször tévesen géntérképnek nevezett genomszekvenciának a megismerése nyitotta meg az utat a teljes genomok komplex vizsgálatának, a genomikának a kifejlődéséhez. Egyrészt a rendelkezésre álló, nyilvános, jól kereshető adatbázisok és a különböző PCR-ek (polime ráz láncreakciók) széleskörű használata nagyságrendekkel könnyebbé és gyorsabbá tette az egyes gének azonosítását, másrészt a rendel kezésre masszív paralel szekve nálási módszerek (4. ábra) kifejlesz tése lehetővé tette az ismert genomok szekvencia-változatainak gyors meghatározását, a populációkban előforduló allélvariánsok hatékony megismerését is. 4. ábra Egy nagy tömegű párhuzamos szekvenálási módszer sémája (Focus on Next-Generation Sequencing, Nature Biotechnology, October 2008 Volume 26, No 10). Ahogy a molekuláris, génklónozási módszerek laboratóriumi rutinná váltak, a klasszikus genetikai megközelítések mellett teret nyertek a reverz-genetikai módszerek is. Ezek közös jellemzője, hogy a klónozott gének funkcióit, fenotípusát, genetikai programban betöltött szerepét derítik ki. Ezt szolgálják többek között a különböző mutáns populációk: T-DNS taggelt, transzpozon taggelt és ún. TILLING populációk, melyek mind lehetőséget adnak arra, hogy a kutató a korábbi több éves egyedi mutáns-izolálási programok helyett 1-2 hónapon belül megtalálja ezekben az általa vizsgálni kívánt gén inszerciós, vagy pontmutáns változatát. A mutációk mellett a géncsendesítés (silencing) is hatékony módszer a funkcionális vizsgálatokra. Létre tudunk hozni olyan génkonstrukciókat, melyeket a sejtekbe beépítve kiváltjuk az adott saját gén elcsendesítését, azaz működésének leszabályozását, és az így kapott fenotípusból következtetünk a gén szerepére. Ennek ellenkezője érhető el egy adott géntermék túltermeltetésével, olyan génkonstrukciók létrehozásával, melyek az adott fehérjét nagyobb mennyiségben termelik a szokásosnál, illetve

15 olyan sejtekben, vagy olyan időszakokban is keletkezik a géntermék, ahol, vagy amikor az nem szokott, így változtatva meg az élőlény, a génmódosított növény tulajdonságait. Természetesen egy mutáció, silencing, vagy túltermeltetés nem feltétlenül okoz látható változásokat. Azonban a funkcionális genomika a DNS-chip technológia révén lehetőséget ad arra, hogy minden megváltozott, vagy megváltoztatott növényben, illetve annak egyes szerveiben, szöveteiben is részletesen és párhuzamosan vizsgálhassuk több tízezer gén kifejeződési szintjét. Ez a módszer egyébként alkalmas arra is, hogy olyan géneket azonosítsunk vele, melyeknek működése csak bizony fejlődési állapotokhoz, környezeti hatásokhoz, vagy éppen szövettípusokhoz köthető

16 GÉNBEVITELI ÉS SZELEKCIÓS MÓDSZEREK Pauk János Gabonakutató Non-profit Kft. Biotechnológiai Osztály, Szeged Joggal kérdezhető, miért van ilyen nagy tudományos jelentősége a génátvitelnek és a köré kialakult tudománynak? Divathullámról van szó, jobb, ha mérsékletet mutatunk, mondják a megfontoltak, de valójában nem erről van szó, hanem a megszokott, dolgaink alapvető megváltozásáról, egy új kutatási trend kialakulásáról. Genetikai, nemesítési kutatásaink hosszú évtizedeken keresztül a gyakorlati kutatásból kiindulva - az egyed, a populáció fenológiai, morfológiai elbírálásából indultak ki és ezekből az adatokból következtettünk, számítottuk ki, hogy milyen génekkel dolgozunk. A genomika korszakától, ennek a megközelítési módnak az ellenkező irányba történő megváltozásáról van szó. Ma már, sok esetben ismerjük a DNS szekvenciát, amely számunkra valamilyen szempontból fontos tulajdonság mögött áll. Egyre több módszer áll rendelkezésünkre, hogy a DNS szekvenciából kiindulva, tudatosan szelektáljunk, hozzunk létre genotípust, egyedet, populációt. Ebben az új megközelítésben a genetikai információ pontos ismeretéből indítjuk el a kívánt genotípust. Persze mint minden új elgondolás, a DNS alapú munka is sok nehézséget rejt magába, de ez nem jelenti azt, hogy az új irányvonal válságjeleket mutat. Annál inkább jelenti a fejlesztés a tökéletesítés szükségességét. Génátvitel, genetikai transzformáció Érdekes dolog, hogy gének hagyományos úton történő átvitelére, már jóval a DNS felfedezése előtt is sorkerült, csak a részletek még nem voltak ismertek. Az 1800-as évek közepétől tudatos módszerek alakultak kis fontos genotípusok, fajták létrehozására. Ma ezeket a módszereket hagyományos vagy hangzatosabban klasszikus módszereknek nevezzük. Annak ellenére, hogy konkrétan tudták volna a kísérletezők, hogy mely gének átviteléről van szó, a módszerek alkalmasak voltak arra, hogy géneket összegyűjtsenek egy-egy új genotípusba. Csak később vált nyilvánvalóvá és tudatossá (az 1950-es évektől), hogy itt valójában gének, DNS szekvenciák átviteléről, működtetéséről van szó. A legrégebbi génátviteli eljárások, a földi élet elindulása óta, a keresztezés és a klónozás. Az első a genetikai variabilitás növelésére, új formák kialakítására, még a második, éppen a meglévő genetikai anyag változatlan formában történő továbbadására alkalmas. Napjainkban azokat a módszereket nevezzük génátviteli, géntranszformációs módszereknek, amelyek tudatos DNS szekvencia (klónozott, szekvenált) alapján, vektormolekulában beépítve kerülnek átvitelre. A következőkben ezeknek az átviteli módszereknek a rövid áttekintésével foglalkozunk. A módszerek, eljárások Talán közhelyként hangzik, de így van, a genetikai transzformáció módszerét a természettől tanulta el a tudomány, konkrétan az Agrobacterium talajbaktériumtól. Éles szemű botanikusok és genetikusok felfigyeltek rá, hogy ez a talajbaktérium genetikailag gyarmatosítja a megfertőzött növényt. Ez a felismerés a vezetett a genetikai transzformáció részlépéseinek feltárására, megismeréséhez. Az első tudatos transzformációs eredmények az 1980-as évek elején jelentek meg. Fontos megjegyeznünk, hogy az első nemzetközi eredményeket követően néhány évvel már az első hazai eredmények is megszülettek, amikor szegedi kutatók a lucerna

17 növényt transzformálták sikeresen a Szegedi Biológia Központban. Az Agrobacterium rendszer napjainkra nagyszerű pályát futott be, a nagyon bonyolult eljárásoktól, a végtelen egyszerű, in vitro rendszert nem is igénylő virágzat bemerítéses eljárásig, nagyon sok felhasználási területe van. A rendszer kiszélesítésének sokáig egy fontos akadálya volt, hogy az Agrobacterium csak kétszikű növényeket fertőz meg (kétszikűek a gazdanövényeik). A mezőgazdaságilag fontos fajok (pl. Zea mays L., Triticum aestivum L. stb.) jelentős számban egyszikűek. Ezért a transzformációs kutatások egész arzenálja indult meg a 80- as, 90-es évek kezdetétől, hogy megfelelő módszereket alakítsanak ki, a genetikai anyag átvitelére. A legegyszerűbb módszernek a pollentömlőbe bejuttatott DNS módszere látszott. Ennek során az izolált DNS-t, a megporzást követően a pollentömlőbe jutatták be. Ettől a pillanattól a természetes megporzási folyamattal párhuzamosan várták, hogy az idegen DNS bejut a magkezdeménybe, majd a fejlődő magba. Ennek a módszernek voltak közölhető eredményei, de a sok bizonytalansági tényező miatt, a pollentömlő transzformáció nem bizonyult hatékony transzformációs módszernek. Majdnem két évtizeden keresztült azt gondoltuk, az izolált protoplasztok transzformálása hozza majd meg a módszertani áttörést a transzformációban. Ez a közvetlen génbeviteli módszer protoplaszt izolálást és DNS jelenlétében polietilén-glikol (PEG) kezelést igényelt. A PEG kitágította a protoplasztok pórusait és a transzformáló oldatba adagolt DNS a sejthártya pórusain át bejutott a sejtekbe. A PEG kezelés megszüntetése után a pórusok bezáródtak, a sejtmembrán és a sejtfal is regenerálódott. A sejtekben maradt DNS a sejtosztódás megfelelő szakaszában szerencsés esetben - beépült a befogadó sejt genomjába. A módszernek jelentős hátránya, hogy növény-regenerálásra alkalmas szuszpenzió kialakítását feltételezte. Sajnos a szuszpenziók gyorsan elveszítik regeneráló képességüket, vagy olyan jelentős genetikai változást szenvednek (szomaklonális variabilitás), hogy gyakorlati célú felhasználásuk jelentősen csökken. A mi csoportunk is közel tíz évet fordított a búza és rizs protoplaszt-növény rendszer kialakítására. A regenerálható szuszpenzió kialakításával szerzett tapasztalatokat viszont később jól tudtuk használni a kiszélesztett szuszpenziós tenyészetek génbelövésére. Ezen a területen egészen kiváló eredmények is születtek pl. kukorica transzformáció terén (Mórocz Sándor). Ezek az eredmények újra a szegedi kutatók hírnevét öregbítették. Szövetek és sejtek DNS elektroporációjával is jelentek meg biztató gébátviteli közlemények. Ez az eljárás protoplasztokat vagy szöveteket helyezett megfelelő folyékony környezetbe és elektromos feszültséggel kezelte a sejteket, szöveteket. Elektromos hatásra, a sejtek falán található pórusok - hasonlóan, mint a PEG hatás alatt kitágultak és ez idő alatt az oldatba adott DNS molekulák talajdobképpen beúsztak a sokkolt sejtekbe. Az elektromos hatás megszűnésével a sejtek membrán-szerkezete visszarendeződött és a bezárt DNS molekulák a következő osztódás kapcsán szerencsés esetben beépültek a fogadó genomba. Ez az eljárás sem fejlődött rutinmódszerré, annak ellenére, hogy néhány laboratórium szép eredményeket közölt. Ismert egy olyan megoldás is, ami a génbelövéshez hasonlóan, de nem lövedékkel, hanem speciális mikro tűkkel (szilícium-karbid) juttatott be DNS-t sejtekbe. A kezdeti sikerek után, ennek a módszernek sem találjuk meg a szélesebb alkalmazási területét. Az eddig említett módszerek elterjedését bizonyos mértékig akadályozta a génbelövéses módszer gyors feltűnése, sikere és elterjedése. A laboratóriumok többsége a 90-es évek elejétől elkezdte a részecskebelövés elvén működő génpuska használatát. Az igazi áttörést ez a módszer hozta meg az egyszikűek transzformációjában. A gének mesterséges bejuttatására módszertani szempontból a legnagyobb jelentőségű volt az amerikai Cornell Egyetemen kifejlesztett részecskebelövő berendezés, népszerű

18 nevén génpuska. Ez a berendezés az emberiség több ezer éves lövöldözési rögeszméét egy genetikai lépés újszerű megoldására használta fel. Az első fertilis búza transzformációt is ezzel a módszerrel hozták létre kaliforniai kutatók. Két különböző eredetű (Streptomyces hygroscopicus - bar, Escherichia coli - uida) mikrobiális gént jutattak be búzába, melyek jelenlétét és működését hitelesen bizonyították. Esetükben a tavaszi búza éretlen embrióinak génbelövésétől a traszgénikus növények virágzásáig mindössze 168 nap telt el, azaz kevesebb, mint fél év. A transzformációs eredményt később mások is, közöttük mi magunk is sikeresen megismételték, kisebb módszertani fejlesztéseket közölve. Valamennyi eredményben közös vonás, hogy bar herbicidrezisztenciát kódoló gént jutatták be búzába. Ezt a gént - mint marker gént növény transzformációkban ma már széles körben használják különböző foszfinotricin (ppt) hatóanyagú szelekciós rendszerekben. Több kutató csoport is megerősítette, hogy a részecskebelövés elvén működő genetikai transzformáció nagyon hatékony és gyors módszer. Hazánkban is több csoport dolgozik ezzel a rendszerrel sikeresen, sőt a gödöllői MBK-ban egy berendezés szabadalmára is sorkerült, amelyet sikeresen használnak a világ különböző laboratóriumában. Saját búza transzformációban elért eredményeinkről 1998-ban számoltunk be. Munkánk során bar gént jutattunk be búzába és a szelekciós szakasz fontosságát hangsúlyoztuk. A gondos szelekció magasabb rezisztens kalluszhozamot eredményezett, és minden regenerált transzformáns növényben bizonyítottuk a foszfinotricin acetil transzferáz (PAT) enzim aktivitását. A transzgénikus növényekkel később különböző kísérleteket végeztünk. Abból indultunk ki, hogy az Agrobacterium-os rendszer az egyszikűeknél nem használható genetikai transzformációra. Mára (mint a mesében) ez a gond is elhárult és az egyszikű növények transzformálására a baktériumos fertőzésre alapozott eljárás ugyanolyan biztonsággal és eredménnyel használható, mint a kétszikűeknél. Transzgenikus búzanövények felnevelése génbelövést követően (Pauk János kísérlete) a) génpuska; b) transzformáns sejtek, szövetek túlélése herbicidet tartalmazó táptalajon; c) hormonmentes táptalajon a szövetek zöldülése és differenciációja; d) búzahajtás regenerációja transzformált szövetekből; e) talajba kiültetett idegen gént hordozó búzanövények; f) a GM-búzanövény kalászai Köszönetnyilvánitás: Köszönetünket fejezzük ki a GVOP /3.0 sz. projectnek, amely a kutatások egy részét anyagilag támogatta

19 ABIOTIKUS STRESSZ REZISZTENS GM NÖVÉNYEK Horváth V. Gábor tudományos főmunkatárs, MTA Szegedi Biológiai Központ Növénybiológiai Intézet, Szeged Napjainkban a környezeti tényezők fokozott ütemű változása megfelelő stratégia kidolgozását igényli a hagyományos nemesítéssel foglalkozó intézményektől és a molekuláris biológia eszközeivel dolgozó növényi biotechnológusoktól egyaránt. Különösen igaz ez akkor, ha figyelembe vesszük, hogy a nemesítés manapság egyre inkább segítségül hívja és igényli az új tudományos módszereket; a másik oldalról tekintve pedig megállapíthatjuk, hogy a molekuláris biotechnológia eszközeivel előállított elsődleges transzgenikus növények pozitív tulajdon ságai kat főként nemesítési programok részeként, új fajtákban tudják megjeleníteni. A káros környezeti stressz hatások által a mezőgazdaságnak okozott károk megbecslését segíti az alábbi táblázat. Ebben hat fontos gazdasági haszonnövény optimális körülmények között elérhető maximális termésmennyiségét és az átlagos termés értékeit összevetve kiderül, hogy az abiotikus stressz hatások a termés %-os veszteségét idézik elő. Egyértelmű tehát a törekvés: megfelelő művelési körülmények és új növényfajták alkalmazásával csökkenteni kell a környezeti stressz hatások kártételeit. A költséghatékony és a környezetet legkevésbé terhelő technikák között első helyen szerepel az új, stressz tűrő növényfajták termesztésének elterjesztése. A növény védekezőképességének növelésére a célzott génbevitel a leghatékonyabb módszer, ennek segítségével irányítottan változtathatunk meg egy tulajdonságot, egy tulajdonság csoportot vagy idézhetjük elő a környezeti hatásokkal szembeni ellenálló képesség általános megnövekedését. Az 1980-as évek elejétől vált általánosan elérhetővé a technológia, mellyel Agrobaktérium által közvetített módon lehetett genetikailag módosított növényeket előállítani, illetve más módszerek alkalmazásával (elektroporáció, génbelövés ) közvetlenül sikerült plazmid konstrukciókat a növényi sejtbe juttatni. A technológiák alkalmazásával könnyen kialakíthatóvá vált a kívánt gént hordozó transzgenikus növény, a nagy kihívást ezután a bejuttatásra szánt gén(ek) kiválasztása jelentette

20 A növények biotikus stresszel szembeni védekezését elősegítő technikák sikeres transzgenikus fajták előállításához vezettek. A gazdasági előnyök miatt gyorsan elterjedtek a herbicid rezisztens, a vírus rezisztens és a rovarkártevőknek ellenálló genetikailag módosított növények. Az abiotikus stresszt (mint az aszály, ár- és belvíz, túl magas illetve alacsony hőmérséklet, a talaj magas sótartalma, stb.) jobban tűrő fajták előállítása azonban csak napjainkban jutott el abba a fázisba, hogy termesztésük a megfelelő engedélyek megszerzését követően nagy területen lehetővé váljon. Ennek okai között említhető az, hogy az egyes élettelen környezeti hatásra adott hatékony válasz több gén megemelkedett kifejeződésének eredménye; a különböző stressz hatásokra más-más génkészleteknek kell bekapcsolódniuk és fontos szempont, hogy a védőhatást biztosító gén(ek) működése ne legyen negatív hatással a termés mennyiségi és minőségi jellemzőire. A fentiek megvalósulását különböző módokon érhetjük el: olyan gének bevitelével, melyek egy előnyös hatású molekula szintézisét valósítják meg, vagy olyan szabályozó gének (transzkripciós faktorok) termeltetésével, melyek a védekezésért felelős gazdagéneket a megfelelő koordinációval aktiválják. Az első csoportba tartoznak például az emelt szinten prolint, glicin-betaint, trehalózt vagy különböző cukor-alkoholokat (szorbitol, mannitol, stb.) szintetizáló növények. Ezek esetében a felhalmozott metabolit az ozmotikus és só stressz körülményei között ún. kompatibilis ozmotikumként az ozmotikus egyensúly fenntartásával és a biomolekulák hidrátburkának stabilizálásával védi a sejtet a káros hatásoktól. Ennek azonban ára van: az ozmotikum több tíz-száz mm koncentrációban fejti csak ki előnyös hatását, ilyen arányú szintézis azonban energiaigényes és a növekedés, a termésmennyiség csökkenését eredményezi. Nagy koncentrációjú ozmotikum jelenléte a termésben pedig annak beltartalmi, élvezeti értékét ronthatja. A génkifejeződés szabályozóinak, a transzkripciós faktoroknak bevonása a transzgenikus technológiába triviális választás volt. A megfelelően kiválasztott transzkripciós faktor túltermelése ideális esetben a védekezésben szerepet játszó gének egész palettáját aktiválja. Azonban ez a folyamat is csak a stressz hatásának korai fázisában történhet meg anélkül, hogy a folyamatosan bekapcsolt gének ne okoznák a növekedés lassulását. Természetes tehát, hogy a megfelelő transzkripciós faktor mellett a jó időzítéssel működésbe lépő promóter (a gén előtt elhelyezkedő, a génkifejeződés szabályozásában szerepet játszó DNS részlet) is a sikeres védekezés záloga. A mezőgazdaságnak általánosságban legnagyobb kárt okozó környezeti hatás, az aszály kivédésének jelen pillanatban két teljesen kidolgozott és részletesen vizsgált, sikeres transzgenikus megoldása ismert. Nelson és munkatársai 2007-ben írták le azt, hogy egy alapvető transzkripciós faktor, az NF-Y egyik alegységének túltermelése számottevően javítja mind a kétszikű lúdfű, mind az egyszikű kukorica aszálytűrését. Az NF-Y transzkripciós faktor három eltérő fehérjéből áll, heterotrimer formában aktív. A gombáktól az emlősökig az alegységeket minden esetben egy-egy gén kódolja, azonban a növények esetében tíz közeli az alegységeket kódoló gének száma, ami azt sugallja, hogy az eltérő alegységekből összeálló komplex tulajdonságai is változhatnak. Egy nagyarányú vizsgálat, mely a lúdfű (Arabidopsis thaliana) stressz válaszát szabályozó transzkripciós faktorok azonosítását tűzte ki célul, azonosította azt az NF-YB alegységet, melynek állandó túltermelése biztosította a transzgenikus lúdfű magasabb stressz ellenállóságát, növekedési és termés mennyiségi retardáció nélkül. Az adott gén kukorica ortológját azonosítva és klónozva bizonyíthatóvá vált a túltermelés előnyös hatása kukoricában is (1. ábra). Az eredmény fontosságát az adja, hogy a szántóföldi körülmények között is jó

21 ellenálló képességgel rendelkező növényt sikerül előállítani, néhány esetben a génmódosított fajta éves termésátlaga a kontrollét 50 %-al meghaladta. 1. ábra. A kukorica NF-YB2 transzkripciós faktor alegység állandó túltermelése jelentősen megnöveli az aszálytűrést. A képen a bal oldalon a kontroll, jobb oldalon a transzgenikus kukorica növények láthatóak. (Forrás: Nelson et al. PNAS 2007; 104: ) A másik sikeres megközelítés is egy jól ismert jelenség kihasználásán alapul. A különböző stressz hatások során nemcsak a fehérjék vesztik el természetes térszerkezetüket, de az RNS molekulák is olyan konformációt vehetnek fel, melyben fehérjévé történő lefordításuk alacsony hatékonyságú. Az RNS-chaperonok stressz során minden organizmusban nagy mennyiségben termelődnek és segítik az RNS molekulákat natív konformációjuk fenntartásában. A Bacillus subtilis CspA és CspB fehérjéket (mindketten RNS-chaperonok) termelő génmódosított kukorica növények az előzőekben ismertetetthez hasonló mértékben emelték meg a növény stressz ellenállóságának szintjét. Ez a génmódosított kukorica azért szolgáltat különösen értékes eredményeket, mert egy széleskörű, nagy termésterületen történő több éves kísérlet értékelését tehetjük meg. A 2. ábrából kiderül, hogy a génmódosított kukorica legnagyobb előnye a bármely termesztési körülmények között megnyilvánuló termésnövekedés. Igaz ez az aszály által súlyosan érintett, alacsony termésátlagot mutató és a közel optimális körülmények között termesztett növények esetében is

22 2. ábra. A transzgenikus (sötét kör) és a kontroll (üres kör) kukorica termésátlagai három év átlagában az Egyesült Államok különböző termőhelyein (Forrás: Castiglioni et al. Plant Physiol. 2008; 147: ) A stressz hatások felborítják a sejten belüli redukáló és oxidáló folyamatok egyensúlyát és a molekuláris oxigént használó összes élőlény esetében ez reaktív oxigén spécieszek (ROS) keletkezéséhez vezet. Ezek hatékony eltávolítása megnövekedett stressz tűrést eredményez, azonban a megmaradó ROS a membránok telítetlen zsírsavjaival léphet reakcióba. Ennek eredményeként reaktív karbonil vegyületek jönnek létre, melyek hosszú életidejük és jó diffúziós képességeik következtében a sejt egészében kárt tehetnek. Az ilyen vegyületek eltávolítása is megfelelő stratégia a stressz rezisztens növények előállítására. A Szegedi Biológiai Központ és a Gabonakutató Non-Profit Kft. kutatói a lucerna aldóz reduktáz gén (MsALR) beépítésével hoztak létre transzgenikus búza növényeket. Az aldo/keto reduktázok szubsztrátok széles körét redukálják NADPH kofaktor felhasználásával. Mivel a reaktív karbonil vegyületek számos képviselőjét is veszélytelen alkoholokká alakítják át, a túltermelésükkel széles spektrumú stressz tolerancia valósítható meg. Ezt bizonyították a transzgenikus dohány növényekkel kapott eredmények és hasonlóak várhatók az MsALR gént kifejező búzáktól is (3. ábra). Ez utóbbiak bevonása a nemesítési programokba lehetővé teszi a káros környezeti hatásoknak jobban ellenálló hazai búzafajták előállítását

23 CY-45 kontroll búza AKR 284 transzgenikus búza 3. ábra. A CY-45 tavaszi búza és a belőle előállított, az MsALR fehérjét termelő transzgenikus búza növekedése az szabályozott szárazság stressz körülményei között