Nowe techniki genomowe mogą pomóc w walce ze zmianami klimatu?

3 godzin temu

Zdjęcie: Nowe techniki genomowe

W marcu 2025 r. Rada Unii Europejskiej zatwierdziła mandat negocjacyjny- jego przedmiotem były nowe techniki genomowe w rolnictwie i żywności. Edycja genomu może być szansą na realizację celów Europejskiego Zielonego Ładu.

Nowe techniki genomowe a Zielony Ład

Otwartym pytaniem pozostają losy NGT i ich akceptacja przez producentów i konsumentów. Aktualnie największymi wyzwaniami dla hodowli roślin jest sprostanie zmianom klimatycznym, rosnącej liczby ludności świata, a co za tym idzie zapewnienie bezpieczeństwa żywnościowego w skali globalnej. Trudnej sytuacji nie ułatwiają cele Europejskiego Zielonego Ładu i strategia „Od pola do stołu”. Ponadto producenci rolni i przemysł rolno-spożywczy stawiają rosnące wymagania odnośnie nie tylko ilości pozyskanego surowca, ale również jego jakości.

Nowe odmiany roślin uprawnych powinny być odporne na stresy abiotyczne, w tym zmiany klimatu oraz stresy biotyczne powodowane przez presję chorób i szkodników upraw. Ponadto powinny maksymalnie wykorzystywać potencjał plonotwórczy stosowanych nawozów sztucznych, co pozwala redukować stosowane dawki NPK na hektar. Ważne jest też zachowanie bioróżnorodności w agroekosystemach i ochrona zapylaczy poprzez redukcję zużycia pestycydów.

Jak zrealizować ambitne cele w krótkim czasie?

Według ustawy z dnia 26 czerwca 2003 r. o ochronie prawnej odmian (Dz. U. 2021 poz. 213) hodowla roślin jest działalnością zmierzającą do wytworzenia i zachowania odmian roślin uprawnych. Hodowcy od wieków korzystają z naturalnych mechanizmów ewolucyjnych, tworzących nową zmienność genetyczną takich jak: rekombinacja w potomstwie krzyżowanych roślin i mutacje (np. u grochu uprawia się odmiany wąsolistne z mutacją afilla wykorzystywaną powszechnie w odmianach uprawnych grochu siewnego). Podstawową metodą doskonalenia populacji jest przez cały czas selekcja.

Przykładem mutacji, która przyczyniła się do Zielonej Rewolucji było wprowadzenie genów Rht-B1 oraz Rht-D1 do pszenicy i rozpowszechnienie na świecie odmian krótkosłomych tego gatunku. Rozwój technik biotechnologicznych, który dokonał się od momentu odkrycia struktury DNA, a szczególnie kultur tkankowych, inżynierii genetycznej i mapowania genomów roślin uprawnych, sprawia, iż bez narzędzi biotechnologicznych trudno mówić o współczesnej hodowli roślin. Do stałej praktyki hodowlanej weszła selekcja wspomagana markerami molekularnymi oraz selekcja genomowa, a przyszłość będzie należała do hodowli precyzyjnej, wykorzystującej nowe techniki genomowe (ang. New Genomic Techniques, w uproszczeniu NGT).

Nowe techniki genomowe to najbardziej nowoczesne narzędzie, które umożliwia precyzyjną edycję informacji genetycznej, czyli DNA. Czas hodowli odmiany metodami konwencjonalnymi trwa zwykle ponad 10 lat. Podobnie długotrwały jest proces tworzenia odmian z wykorzystaniem mutagenezy i hodowli transgenicznej (rośliny GMO). Edycja genomu z wykorzystaniem NGT pozwala skrócić ten czas do 4–6 lat. Nowe techniki genomowe odnoszą się do technik opracowanych po przyjęciu przez UE w 2001 r. prawodawstwa dotyczącego organizmów genetycznie modyfikowanych (GMO) i nie były znane w momencie regulacji prawnych przewidzianych dla roślin transgenicznych tzw. roślin GMO.

NGT a proces otrzymywania nowych odmian

Nowe techniki genomowe to metody tworzenia ukierunkowanych mutacji w genomach organizmów żywych, w tym roślin uprawnych. Techniki te są nazywane także edycją genomu lub tzw. “nożyczkami genowymi”. Najbardziej znanym przykładem NGT jest metoda CRISPR/Cas9 opracowana w 2012 r., czyli 11 lat po regulacjach UE dotyczących roślin GMO. Nowe techniki genomowe – potencjał technik jako kolejnego narzędzia biotechnologicznego dla hodowli roślin jest ogromny, a możliwość osiągnięcia założonych celów hodowli w kilka lat, zamiast kilkunastu lat, pozwoli na przyspieszone korzystanie z postępu biologicznego przez rolników. Cechą charakterystyczną edycji genomu metodą CRISPR/Cas9 jest precyzyjna zmiana informacji genetycznej (DNA) w ściśle określonych miejscach. Dlatego zakres zmienności genetycznej otrzymanej dzięki NGT, nie odbiega od zmienności kreowanej w tradycyjnej hodowli roślin.

Przewagą roślin otrzymywanych z wykorzystaniem nowych technik genomowych, w porównaniu z roślinami genetycznie modyfikowanymi, jest brak introdukcji genów pochodzących z innych gatunków. W przypadku roślin GMO bariery te są pokonywane dzięki inżynierii genetycznej, dla naturalnych barier krzyżowania oddalonego występujących w konwencjonalnej hodowli krzyżowania udają się z reguły w obrębie rodziny lub rodzaju botanicznego. Przykładem rośliny GMO, której komórki zawierają gen kodujący biało Cry1A (inaczej białko Bt) pochodzące z bakterii Bacillus thuringensis, toksyczne dla omacnicy prosowianki, jest kukurydza MON 810. Zgodnie z Rozporządzeniem Rady Ministrów (Dz. U. poz. 678 z dn. 11 kwietnia 2024 r.) w sprawie zakazu stosowania materiału siewnego odmian kukurydzy MON 810 takich odmian jest 341.

„Nowe techniki genomowe. Propozycje dla innowacyjnego rolnictwa”

Nowe techniki genomowe – przykłady zastosowań

Potencjał nowego narzędzia biotechnologicznego, jakim są NGT jest duży, a przykładów roślin uzyskanych z jego zastosowaniem jest około 1000, z czego 924 modyfikacji wprowadzono techniką CRISPR/Cas (EU-SAGE). Aktualizowany wykaz roślin otrzymanych na drodze edycji genomu jest dostępny na stronie EU-SAGE (https://www.eu-sage.eu). Głównymi kategoriami cech, wprowadzanymi do roślin uprawnych są cechy związane z: tolerancją stresów biotycznych i abiotycznych, poprawą cech jakości żywności lub pasz, zwiększonym plonowaniem i wzrostem roślin, wykorzystaniem przemysłowym, tolerancją na herbicydy oraz cechy organoleptyczne produktów (kolor, smak) i adekwatności przechowalnicze (wykres 1). Nowe techniki genomowe stosowane są w takich państwach jak: Chiny, USA, Korea Południowa, Japonia i Francja (wykres 2, EU-SAGE) dla następujących gatunków roślin uprawnych: ryż, pomidor, soja, kukurydza i pszenica (wykres 3, EU-SAGE).

Regulacje prawne NGT a tempo rozwoju

Restrykcyjne regulacje prawne wobec roślin GMO nie nadążają za rozwojem nowych metod biotechnologicznych, mogących znaleźć zastosowanie w hodowli roślin.To powoduje, iż europejscy rolnicy nie mogą w pełni korzystać z możliwości oferowanych przez jednostki naukowe z UE (580 modyfikacji NGT w Chinach vs. 34 modyfikacje NGT z Francji). Stosowanie osiągnięć z zakresu edycji genomu dla tak ważnych gospodarczo gatunków jakimi są: pszenica, kukurydza i rzepak może zwiększyć konkurencyjność europejskiego rolnictwa na globalnym rynku żywnościowym. Komisja Europejska w dniu 5 lipca 2024 r. przyjęła projekt rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie roślin otrzymanych z wykorzystaniem nowych technik genomowych i pochodzących z nich żywności i pasz.

Propozycja ta obejmuje uregulowanie ukierunkowanej mutagenezy i cisgenezy w zakresie zmienności występującej naturalnie dla danego gatunku i porównywalnej, ale indukowanej dzięki NGT. Wyjątkiem w proponowanych regulacjach będą rośliny z cechą tolerancji na herbicydy, których według danych EU-SAGE jest 59, modyfikacje te bez względu na liczbę i zakres zmian będą traktowane podobnie jak GMO. W propozycji Komisji Europejskiej rośliny zostaną podzielone, w zależności od liczby wprowadzonych modyfikacji, na dwie kategorie NGT:

– rośliny NGT kategorii 1 – z maksymalnie 20 zmianami, które będą równoważne roślinom konwencjonalnym,

– rośliny NGT kategorii 2, zawierające powyżej 20 zmian traktowane jak GMO, ale z niewielkimi złagodzeniami.

Odrębną kwestią będzie wykorzystanie w przyszłości materiału siewnego odmian roślin uprawnych w rolnictwie ekologicznym. Według wstępnych informacji z Ministerstwa Rolnictwa i Rozwoju Wsi prawdopodobnie nie będzie można takich nasion stosować. W Polsce instytucją wiodącą w kwestii regulacji prawnych NGT jest Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi, które we współpracy z Ministerstwem Klimatu i Środowiska, Ministerstwem Zdrowia i Głównym Inspektorem Sanitarnym odpowiadają za stanowisko Polski w UE.

Prace nad regulacjami prawnymi pod polską prezydencją w UE prowadzone są głównie przez MRiRW pod patronatem Ministra Czesława Siekierskiego, który już 27 listopada 2024 roku zorganizował konferencję „Nowe techniki genomowe. Propozycje dla innowacyjnego rolnictwa”. Konferencja miała na celu upowszechnienie wiedzy na temat możliwości edycji genomu wśród szerokiego grona odbiorców, w tym rolników. Zasadniczym celem prac nad projektem w czasie trwania polskiej prezydencji w UE jest zakończenie prac w Radzie i dalsze procedowanie projektu w ramach trilogów pomiędzy Radą UE, Komisją Europejską i Parlamentem Europejskim. Pierwszy trilog jest planowany w Brukseli na 6 maja 2025 (Małgorzata Woźniak, MRiRW).

Nowe techniki genomowe w polskim sektorze hodowlano-nasiennym

Głównym problemem, poza pracami legislacyjnymi, będzie kwestia patentowania odmian otrzymanych dzięki nowych technik genomowych i analiza wpływu ochrony praw patentowych na dostęp do zasobów genetycznych, niezbędnych do hodowli twórczej, z których korzystają między innymi polskie przedsiębiorstwa z sektora hodowlano-nasiennego. Zagadnienia te były między innymi przedmiotem dyskusji w trakcie Ogólnopolskiej konferencji naukowej „Nowe Techniki Genomowe w Polsce” organizowanej przez Komitet Nauk Agronomicznych PAN i Komitet Biotechnologii PAN w dniach 7 –8 kwietnia 2025 w Warszawie.

Na możliwość marginalizacji korzystania z przywileju hodowcy w wyniku patentowania technologii NGT zwrócił uwagę dr Karol Marciniak – Prezes Polskiej Izby Nasiennej (PIN) i HR Smolice Grupa IHAR Sp. z o.o. W panelu dyskusyjnym kończącym konferencję organizatorzy zwrócili uwagę na 5 grup zagadnień związanych z edycją genomu roślin uprawnych: legislacja NGT, ochrona własności intelektualnej i patentowanie, gatunki i potencjalne cele dla NGT, źródła finansowania badań i wdrożenia technologii oraz akceptacja społeczna. Kluczowym elementem dla wykorzystania technologii edycji genomu – jak zawsze w przypadku żywności – będzie odbiór społeczny nowych produktów dostępnych na rynku.

Autor – dr inż. Sylwia Mikołajczyk, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu