Korn/majscrop i en mark under en sky med skyer

Forædling af planter

Fra vilde planter til markafgrøder

Alle de planter, du spiser i dag, ser markant anderledes ud end de gjorde, inden vi mennesker fik fingrene i dem og begyndte at dyrke dem målrettet. Det er en lang historie med fem store spring i udvikling og teknologi, som har haft en kæmpe indflydelse på al den mad, du spiser i dag. I dette vidensunivers vil du blive taget gennem planteforædlingens historie, udviklingen af teknologier, vi har brugt til at forædle planter med, og få et lille kig ind i fremtiden!

Vi skal gennem: 

  1. domesticering af planter

  2. kunstig krydsbestøvning og hybrider

  3. tilfældig mutagenese 

  4. transgenetisk præcisionsmutagense 

  5. cisgenetisk præcisionsmutagenese

Hvad er planteforædling?

I planteforædling udvikler man bevidst og målrettet nye sorter af planter ud fra eksisterende planter. Man prøver via forskellige teknikker at lave variationer og efterfølgende udvælge de planter, der bedst passer til ens formål. Det kunne f.eks. være et ønske om at øge udbyttet eller forbedre
smagen af majs.

Udsigt over unge planter i små glasrør, opbevaret under vækstlys på et laboratorium eller vækstrum.

Når du er blevet klogere på, hvordan vi har udviklet på planter gennem tiden, kan det være, at du tænker: Hvordan sikrer man, at vi bruger teknologierne til de rette formål? Hvor vigtig er det seneste skud på stammen, cisgenetisk præcisionsmutagenese, for udvikling af klimatilpassede afgrøder i fremtiden?

Det kan være vildt svært at tage stilling til, hvordan den nye teknologi med dens mange potentialer skal bruges. Til det har vi i anden del af vidensuniverset lavet et overblik over de muligheder og udfordringer, de nyeste genteknologiske løsninger bringer med sig. Tjek det ud og brug det til at tage dit eget standpunkt i debatten!

Hvor godt kender du din indkøbskurv?

Inden vi går i gang med læsningen, så se lige om du kan genkende planterne herunder. Det er alle sammen planter, som vi kan finde i supermarkedet i dag, her viser vi bare hvordan deres oprindelige, vilde forfædre har set ud.

1. Domesticering af planter 

Landbrugets vugge

For omkring 9.000-11.000 år siden gik vi fra jæger-samler samfund til fastboende samfund med landbrug. Og ved at have landbrug begyndte vi at påvirke de planter, der blev dyrket. Her gemte man frøene fra de planter, der klarede sig bedst på marken, smagte bedst og gav det største udbytte. Frøene fra de bedste planter såede man igen i næste sæson. Ved at gentage dette i op til 2000 år er der gradvist sket en domesticering af planter (4).

Meget grønne broccoli hoveder i tæt optag

Vidste du at…

Der findes over 30.000 planter på jorden, hvoraf omkring 2500 plantearter er blevet domesticeret til en vis grad. Af disse er omkring 300 arter blevet fuldt domesticeret (1).

Domesticering er den proces, hvor mennesker “tæmmer” vilde planter og tilpasser dem til vores behov. Gennem domesticering har man opnået varianter af planter, der adskiller sig markant fra deres vilde forfædre på både udseende, smag og egenskaber.

Generelt har domesticerede planter en mere kompakt plantestruktur med færre, kortere grene og større blomster. Denne udvikling gør planterne nemmere at dyrke og høste (1). De træk, der typisk er fremhævet, går dog imod plantens naturlige forsvarsværker og evne til at formere og sprede sig naturligt. Derfor har mange domesticerede planter oftest svært ved at overleve udenfor de opdyrkede systemer (4).

Vidste du at…

Vi er ikke den eneste art, der har domesticeret andre organismer. Faktisk har flere insektarter som myrer, biller og termitter kastet sig over dyrkningen af forskellige svampearter (5).

Friske grøntsager på markedet, herunder forårsløg, gulerødder og jordskokker.

Majs har ikke altid været majs

En af de mest ekstreme eksempler på domesticering er majsen. Majs kommer nemlig fra græsarten teosinte, der har bittesmå majskolber med få kerner i. Teosinte er en meget busket græsart, mens den moderne majsplante slet ikke har nogle sidegrene tilbage (1). Teosinte “kolben” ligner altså slet ikke en saftig majskolbe, man har lyst til at sætte tænderne i.

Illustration af majskolbe med grønne blade og gule kerner.
En grøn stiliseret stilk med blade, som gror opad.
En grøn kornspiral plakat.
En grøn pil peger nedad.
Et billede af en grøn stilk af skvalderkål, en ukrudtsplante, på en sort baggrund.
Et stykke majs med grønne blade omkring
Kunstnerisk illustration af majskolbe med blade

Vidste du at…

Genetisk modifikation i form af mutationer er i sig selv en ganske normal proces i naturen og har bidraget til udviklingen af de vilde plantearter, som eksisterer i dag. Nogle mutationer har været en fordel for planten og har ført til en smart udvikling for plantearten, måske endda en udvikling, der er endt i en ny art, mens andre variationer er gået til grunde.

Domesticering er den tidligste form for genetisk modifikation

Ved at dyrke videre på naturligt forekommende variationer i planter med nyttige egenskaber (fænotyper) har vi gennem utallige generationer af landbrug praktiseret den tidligste form for genetisk modifikation af planter (2). Hvor domesticering har foregået i over 10.000 år, er den videnskabelige tilgang til genetisk modifikation af vores afgrøder kun opstået inden for de seneste hundrede år (2).

Alle planter, du spiser, er domesticerede varianter

Man kan sige at domesticering er en selektionsproces, hvor vi mennesker vælger at dyrke de planteindivider, der passer til vores behov. I dag kommer næsten alle fødevarer fra domesticerede varianter, men i de områder, hvor de domesticerede planter stammer fra, er det stadig muligt at finde planternes vilde familiemedlemmer (4).

Er er der en bestemt forædlingsteknik, som du vil starte med?

De sidste hundrede år har vi fået en mere og mere videnskabelig tilgang til planteforædling. Tag dem kronologisk, eller hop til direkte til den teknologi, som du vil lære mere om.

Grøn pil der peger mod venstre.
Grøn pil, der peger mod venstre.
Grøn pil der peger nedad.

2. Kunstig krydsbestøvning

Illustration af tre blomster med store hvide kronblade og gule midter, en pensel med en hvid og brun tupp peger på en af blomsterne.

Blomsterne og bierne

Vi skal helt frem til 1800-tallet, før vi tager næste store skridt i, hvordan man udvikler og tilpasser planter til menneskets behov. Her viste Gregor Mendell, ofte omtalt som genetikkens fader, at man ved at bestøve én plante med pollen fra en anden plante opnåede en blanding af de to planter i afkommet. Gennem denne proces kunne man styre, hvilke træk afkommet fik ud fra viden om såkaldte recessive og dominante gener. Denne proces kaldes kunstig krydsbestøvning, krydsning af planter eller hybridisering. Betegnelsen hybridisering bruges, fordi afkommet af de to krydsbestøvede planter kaldes for en hybrid.

Startskuddet til den videnskabelige planteforædling

Først i slutningen af 1800-tallet blev Gregor Mendells opdagelser anerkendt. Dette var dog startskuddet til den videnskabelige planteforædling, som kun har taget fart op gennem 1900-tallet.

Et kornmark med gyldne aks og en landbrugsvogn i baggrunden under en klar himmel.

Vidste du at…

Allerede i 1903 blev dyrkningen af hvede i Australien revolutioneret, da William Farrer præsenterede den svamperesistente “Federation” hvede. Den særlige hvedevariant blev udviklet gennem 20 år baseret på Mendell’s teorier.

Tørrede marguerer med en kromogendal pensel lagt på en af blomsterne.

Selvom kunstig krydsbestøvning har over 200 år på bagen, så bruges teknikken stadig i dag i kombination med nyere forædlingsteknikker, som du kan læse om i de næste afsnit. I dag er fokus på at bruge en kombination af de tilgængelige teknikker til at forbedre afgrødernes udbytte, gøre dyrkningen af dem lettere, samtidig med at man øger ensartetheden og kvaliteten (4).

Vidste du at… 

Selvom man mest tænker på bevidste forædlingsprocesser som et moderne tiltag, så er der faktisk eksempler på figen-hybrider, der er dateret til at være lavet for 11.400 år siden! (3)!

En farvet rose med gule, pink og hvide nuancer, omgivet af grønne blade.
Illustration af tre grønne ærteposer og to gule ærteposer, der viser generationernes arv af ærteplanter.

Hybridisering i dag 

I dag spiller kunstig krydsbestøvning og hybrider en vigtig rolle i moderne planteforædling. Hybride forædlingsmetoder bruges i afgrøder som majs, sorghum, ris, sukkerroer, løg, spinat, solsikker og broccoli. 

Små spirende planter i klare plastkasser med jord.

Vidste du…

Et firma kan starte med over 100.000 hybrider hvert år, hvoraf kun 15-20 af dem ender på markedet i sidste ende mange år senere.

3. Tilfældig mutagenese

Illustration af blomster under en beskyttelsesskærm med et radioaktivt advarselstegn

Et væld af mutationer i laboratoriet

Nu skal vi fra marken til laboratoriet! I tilfældig mutagenese handler det om at fremprovokere en masse mutationer i plantens genom. Det gør man, fordi man håber på, at en af disse mutationer har gode egenskaber, som man kan avle videre på. Det fungerer på den måde, at man i laboratoriet udsætter frø for radioaktive stråler eller kemi for at skabe ændringer i plantens arvemateriale. Det giver tusindvis af nye, tilfældige varianter, såkaldte mutationer. Denne proces kaldes for tilfældig mutagenese.

Radioaktiv stråling og kemi er normalen i dag

I dag er tilfældig mutagenese faktisk den mest udbredte metode til at forædle nye planter. Man dyrker de bestrålede planter og følger nøje med i, om én af mutationerne viser sig at have en egenskab, som vi ønsker i vores plante. Det kunne være sygdomsresistens, større frugter eller kraftigere vækst. Det meste handler om at få et større udbytte af afgrøden. Når man har fundet en ønskværdig egenskab i en af de muterede planter, bliver det efterfulgt af mange års test og forsøg på marken for at sikre, at planten opfører sig, som vi ønsker.

Grønne majskolber set fra neden, med blå himmel i baggrunden.

Vidste du at…

Moderne majshybrider er lavet med en kombination af krydsbestøvning og tilfældig mutagenese. Det er estimeret, at udbyttet af teosinte (majsens vilde forfader) er omkring 100 kg/ha. Til sammenligning er udbyttet af moderne majshybrider på 10 tons/ha. Det vil sige, at moderne majs producerer 100 gange flere majs på et givent areal sammenlignet med deres vilde forfader (2).

Illustration af en blomst med en edderkop og en testrør med teksten 'fiske DNA' ved siden af.

Vidste du at…

Planter udvikler også mutationer i naturen. Mange mutationer er så små, at man ikke kan se dem, mens andre ændrer funktioner eller udseende af planten. Mutationerne opstår spontant, men kan også fremprovokeres af bl.a. solens stråler. Selvom det kan lyde lidt underligt med mutationer, så sker der små mutationer hele tiden, og mutationerne har været en vigtig brik i evolutionen af planter.

Traditionelle forædlingsmetoder, som tilfældig mutagenese og krydsning, til udvikling af nye plantesorter, er ofte tidskrævende, og processen strækker sig over 12-16 år. Det lange tidsforløb kan være udfordrende, når man gerne hurtigst muligt vil udvikle afgrøder tilpasset nuværende og fremtidige klimaforandringer.

Har vi andre muligheder?

Selvom man med tilfældig mutagenese er nået langt med både smag og udbytte, er det stadig en ressourcekrævende proces. Den tager både lang tid og er lidt besværlig, fordi man ikke har kontrol over hvilke mutationer, der opstår. At man derefter skal dyrke og teste de forskellige muterede plantevarianter, lægger meget tid til metoden.

I de sidste to skridt i planteforædlingen går vi fra tilfældige mutationer til mere målrettede ændringer i generne.

Illustration af en blomsterkande med en kornblomst og en kasse med en prøveglas mærket 'fiske DNA'.

4. Transgenetisk præcisionsmutagenese

Et teknologisk gennembrud

Fra tilfældig mutagenese går vi nu over i genteknologiens æra. I starten af 1980’erne blev den første genmodificerede plante fremstillet, og i 1994 kom den første genmodificerede plante på markedet i USA - en tomat med et indsat gen, der bremser modnings- og forrådnelsesprocesserne.

Tomater på plante med flere grønne og modne røde tomater.
En illustration af en pharmaceutical pakke, en daisy blomst og en testprøve med teksten 'fiske DNA'.

Transgenese - indsættelse af gener fra andre organismer

I transgenese indsætter man et til flere gener fra en hvilken som helst organisme i sin plante. Det gør man typisk, hvis man ønsker at overføre en særlig egenskab til den genmodificerede plante. Det kunne være tørkeresistens eller at gøre planten mere modstandsdygtig overfor særlige insektarter, der spiser afgrøderne på markerne (2). Ved transgenese kan man potentielt indsætte gener fra alle slags organismer i sin plante. Det kunne for eksempel være et gen fra en fisk, en bakterie eller en svamp. Man kan altså bruge relativt fremmede gener fra en meget anderledes organisme i sin forædling.

En majsstand, der er omgivet af grønne blade, en gravsten med 'R.I.P.' skrevet på, og en mystisk lilla edderkop nær graven.

Mere præcist end tidligere teknologier

Ved transgenetisk præcisionsmutagenese zoomer vi helt ind i planten og kigger på dens genom. Som navnet antyder, så er det et mere præcist indgreb, hvor man indsætter få gener i cellekernen. Til sammenligning påvirker man ved tilfældig mutagenese hundrede til tusinder af gener tilfældigt - her har man ikke overblik over hvilke mutationer, som den radioaktive eller kemiske behandling har forårsaget. I transgenese er man helt klar over, hvilke gener man indsætter. Et enkelt indsat gen kan selvfølgelig stadig have en stor påvirkning af planten, men det betyder, at man med større sikkerhed kan bestemme omfanget og karakteren af genmodifikationen (2).

Folk i demonstration med protestskilte mod Monsanto, inklusive skilte med

Arven fra Monsanto

Mange forbinder GMO, og genteknologi generelt, med virksomheden Monsanto, og dette kan skabe mistillid og frygt i forhold til fremtidens brug af genteknologi. Monsanto var central i GMO-debatten i 90’erne, hvor deres forretningsmodel skabte stor afhængighed af deres afgrøder og pesticider blandt fødevareproducenter, og virksomheden havde ry for at sagsøge landmænd.

Monsanto er blevet et symbol på kapitalisme og GMO, og debatten om virksomheden kaster stadig sin skygge over diskussioner omkring genteknologi i dag. Mange danskere, der er bekendt med Monsantos kontroversielle historie, frygter, at lignende scenarier kan gentage sig i forbindelse med de nye genteknologier, som du kan læse om i næste og sidste skridt af vores rejse op gennem den teknologi, som vi bruger til at udvikle på vores planter i dag.

Et mikroskop, der undersøger en DNA-helix, med en blomst i forgrunden.

5. Cisgenetisk præcisionsmutagenese

Fremtidens planteforædling?

Sidste skud på stammen inden for planteforædling er de nye genteknogier, også kaldet NGT’er (new genomic techniques). Dette begreb dækker over cisgenetisk præcisionsmutagenese, og især teknikken CRISPR-cas fremhæves som noget helt særligt. Mange håber, at den kan være med til, at vi hurtigere kan skabe afgrøder, der kan dyrkes under de klimaforandringer, som vi oplever nu. 

En gul blomst med grøn stilk og blade står foran en forstørrelsesglas, der zoomer ind på en farverig DNA-helix.
Sakse placeret på snoren, omgivet af vækst og papirindpakning, med grønne græsstrå i forgrunden.

Cisgenese - redigering af tilstedeværende gener

I cisgenese redigerer man kun det genmateriale, der allerede findes inde i planten. Man tilfører altså ikke gener fra andre organismer, som man gør i transgenese. I cisgenetisk præcisionsmutagenese kan man populært sagt vælge at tænde, slukke, eller udtage noget af genmaterialet ved at “klippe” det ud. Mange kalder også cisgenese for “gensaksen” på grund af metaforen med, at den kan klippe udvalgte gensekvenser over. 

Ligesom ved transgenese zoomer man i cisgenese helt ind i planten og kigger på dens gener. Det er altså et mere præcist indgreb, hvor man påvirker et mindre antal gener i cellekernen til sammenligning med tilfældig mutagenese, hvor man påvirker hundrede til tusinder af gener tilfældigt - her har man ikke samme overblik over, hvilke mutationer som den radioaktive eller kemiske behandling forårsager.

I cisgenetisk præcisionsmutagenese guider man, hvilke gener man vil ændre. Enkelte ændringer kan selvfølgelig stadig have en stor påvirkning af planten, men det betyder, at man med større præcision kan bestemme omfanget og karakteren af genmodifikationen.

CRISPR-cas i planter

En af de mest brugte teknikker indenfor cisgenetisk præcisionsmutagenese genteknologier er CRISPR-cas, der giver forskere en mulighed for at redigere gener med en præcision og tilgængelighed, der ikke er set før (6). Flere siger også, at man mere skal tænke på CRISPR-cas som gen-engineering frem for genmodificering. Teknologien er nemlig også rigtig god til både at identificere gener og til at analysere deres funktioner (6). På disse punkter supplerer CRISPR-cas ældre metoder som krydsning og tilfældig mutagenese rigtig godt.

En person får en vaccine i overarmen under en vaccination. Personen er iført en mørk sweater og en maske, og der er en anden person, der administrerer vaccinen.

Vidste du at…

CRISPR-cas står for Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats-CRISPR Associated. Siden den så dagens lys i 2012, er teknologien kun blevet mere og mere populær (6). Man bruger den allerede meget i medicinens verden, og du har den højest sandsynligt i kroppen netop nu - CRISPR-cas var nemlig med til at skabe vores corona-vacciner.

Illustration af en majskerne, hvor halve kerner er i en pose og hele kerner er i en skål.
Illustration af en majskolbe med grønne blade.
Billedet viser en majskolbe med grønne blade og gule kerner, stiliseret i en tegneserie-stil.
Illustration af en majskolbe med grønne blade.
En illustration af en majskolbe med grøn nosse og gule kerner.
Et billede af en majskolbe med grønne blade, placeret foran en lysegrå overflade.

Redigér en majsplante selv

Prøv selv kræfter med at fremhæve ønskede egenskaber ved hjælp af CRISPR-cas i den interaktive majsplante. Husk at dette er en meget forsimplet fremstilling, der kun er inspireret af den forskning, der sker på området netop nu.

Et billede af en majskolbe med grønne blade mod en lys baggrund.
Illustration af en majskolbe med grønne blade
Kartoffel, kål, majs, gulerødder og en pote i en kutte.
En gul majs med grønne blade foran en gul baggrund.
Et billede af majskolbe med grønne blade
Kunstnerisk illustration af en majskolbe med grønne blade」}}ések}}}_quesariesлидиadquerysh.githubusercontent.com/front/main/x-111ws_X_107_P_x-209x290_user_ai_RicoC_T_2023-10-02_033116.png

Du vil måske lægge mærke til, at når du tilvælger et ønsket træk, for eksempel større blade, så vil andre ting, som rodnettet, blive mindre. Dette er en visualisering på begrebet penalties. Det betyder kort sagt, at når planten bruger mere energi på at lave større blade, så vil der være mindre energi til andet, som for eksempel rodnettet. Dette er kun et tænkt eksempel, men er noget, man skal tage højde for i udviklingen af nye plantevarianter.

Man regner med, at CRISPR-cas vil påvirke planteforældingen i høj grad, da den giver nye muligheder for at facilitere forædlingsprocesserne i planter (6). Der ligger dog stadig meget arbejde i at blive klogere på genetisk information, og på hvordan et helt genom fungerer. Derudover skal vi også blive klogere på, hvordan individuelle gener bidrager til planternes udseende og funktioner (6).

Hvilke teknikker skal vi bruge i fremtiden?

I dag bruger vi i Europa primært en kombination af tilfældig mutagenese og krydsning til at udvikle vores planter med. Det er blandt andet sådan, fordi der er en meget streng regulering af præcisionsmutagenese til planteforædling, både transgenese og cisgenese.

Uden for EU er billedet dog et andet. Mange lande tillader i højere grad dyrkning af afgrøder lavet med enten transgenese, cisgenetisk præcisionsmutagenese, eller begge dele. Især afgrøder, der er lavet med transgenese, er udbredt i mange lande, og nogle bærer en GMO-mærkning. En stor del af de afgrøder importerer vi til Danmark i form af foder til grise, køer og kyllinger.

I EU er der stillet et lovforslag om at gøre det nemmere at bruge cisgenetisk præcisionsmutagenese (som betyder, at man tænder, slukker eller udtager gensekvenser fra planten) til at forædle på planter inden for EU. Flere mener, at det er vigtigere at fokusere på produktet frem for processen, og at det er på høje tid, at vi får inkluderet cisgenetisk præcisionsmutagenese som CRISPR-cas teknologien som en inkarneret del af vores værktøjskasse, når vi udvikler på vores afgrøder. Andre maner til forsigtighed overfor det nyeste skud på stammen inden for genteknologi og siger at vi skal vide mere, før vi bruger det.

Følge med en stor, tomt konference- eller forsamlingstalehus med mange raders sæder og flagrende EU-flag i baggrunden.
En kvinde med kort, lyst hår i en gul jakke, der sidder ved et bord og lytter til en mand, der taler, i en social setting med andre mennesker i baggrunden.
Kat går på gulvet foran en stald med malkekøer

I første del af vidensuniverset har du kunne læse om forædlingens historie helt fra de første landbrugs domesticering til de nyeste genteknologier.

Men er de nye genteknologier en del af fremtiden for planteforædling i EU? Og hvad er teknologiernes begrænsninger, muligheder og udfordringer?

Dyk ned i disse spørgsmål i anden del:

Billedet viser en landbrugsejendom med siloer, drivhuse og traktorer, omgivet af marker under en solnedgang.

Vil du vide mere om fødevarer?

Besøg Frejs vidensunivers!

Vi har samlet explainer-videoer, podcast, debatevents og longreads, så du kan blive klogere på klima, miljø, emballage eller proteiner - på lige den måde, der passer dig.

Projektet og vidensuniverset er udviklet med støtte fra:

Tekst med ordene 'novo nordisk fonden' i mørkeblå farve på sort baggrund.

Har du spørgsmål?

Kontakt Nina:

Nina McAlpine Holst, projektmedarbejder og ansvarlig for vidensuniverset

Nina er projektmedarbejder på ‘Sæt lys på løsningerne - Genteknologi?’ og har stået for udarbejdelsen af dette vidensunivers. Hun er desuden projektmedarbejder på projektet ‘Fra jord til skolebord’. Her bidrager hun især med sin viden omkring natur, landbrug og arealanvendelse i Danmark.

Når hun ikke er hos Frej læser hun en kandidat i naturforvaltning på Københavns Universitet. Nina er vild med med planter og vil gerne skubbe den danske fødevaresektor i en mere klimavenlig retning.

Du kan kontakte Nina på nina@taenk-frej.dk.

En smilende kvinde med blond, skulderlangt hår, iført en hvid t-shirt, står foran en træpanel væg med grøn plante i baggrunden.