Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning Mødeledere: Christian Haldrup, Landbrugets Rådgivningscenter og Preben Bach Holm, Danmarks JordbrugsForskning Bioteknologi - status og fremtid Efterårskonference PLANTEAVL 2002 Hotel Nyborg Strand 24 september,

Ministry of Food, Agriculture and Fisheries Danish Intitute of Agricultural Sciences Planteavlens udfordringer Det lokale plan Stigende international konkurrence Reducerede tilskud Reduktion i anvendelsen af gødning og pesticider Reduceret dyrkningsareal

Ministry of Food, Agriculture and Fisheries Danish Intitute of Agricultural Sciences Planteavlens udfordringer Det globale plan I udviklingslandene ernærer 70% af befolkningen sig direkte eller indirekte ved landbrug. Forøget indtjening i landbruget er en forudsætning for disse landes fort- satte udvikling 800 mill. mennesker lever for mindre end en US$ per dag Befolkningen i udviklingslandene vil stige med 3 mil- liarder mennesker indtil 2050 Milliarder af mennesker er fejlernærede Der skal produceres lige så mange fødevarer indenfor de næste 50 år som i hele landbrugets historie

Indtil nu har det været muligt for fødevareproduktionen at holde trit med befolkningsudviklingen. Dette skyldes: Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning Det vil være muligt at forøge udbytterne via inddragelse af marginaljord og yderligere anvendelse af kunstvanding, gødskning og pesticider MEN: Mere af det samme vil ikke løse problemet! Udvikling af nye plantesorter med bedre udbytte og sygdomsresistens (50%) Udvikling af bedre dyrkningsteknologi, herunder anvendelse af kunstvanding, kunstgødning og pesticider (50%)

Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning Den nye Grønne Revolution skal være dobbelt grøn, en Biorevolution Der er behov for en ny Grøn Revolution

Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Baggrund Forståelsen af den genetisk basis for planters egenskaber udvikler sig i disse år meget hurtigt Dette skyldes udvikling af en række genetiske værktøjer og teknikker, der muliggør langt mere omfattende og detaljerede analyser end tidligere Vi vil få en omfattende viden om vore kulturplan- ters egenskaber indenfor områder som: Human og animalsk ernæring Sygdomsresistens Udnyttelse af næringsstoffer Tolerance overfor kulde og tørke Men nye muligheder skaber nye problemer

Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning Bioteknologi – visioner og muligheder Preben Bach Holm, Danmarks JordbrugsForskning Lovgivning om dyrkning af gensplejsede planter i EU Svend Pedersen, Plantedirektoratet Anvendelse af DNA markører i plantefor- ædlingen Gunter Backes, Forskningscenter Risø

Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning Plantebioteknologiens udvikling Status for de økonomiske og miljømæs- sige konsekvenser af plantebioteknologi Fremtiden og internationale og danske forskningsinitiativer DISPOSITION

Teknologier Det er i dag muligt at lave en stor-skala sekven- tering af planters arvemasse: Genomet Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning

Arabidopsis thaliana (Gåsemad) planteforskningens bananflue Arabidopsis blev færdigsekven- teret i år 2000 Der er identificeret gener Mindre end 10% af disse gener har været analyseret. Halvdelen af generne er hidtil ukendte Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning

Ris Den officielle og frit tilgængelige genomsekvens af ris forventes offentliggjort i slutningen af år 2002 Der er identificeret – gener Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning

Microarrays Etablering af de såkaldte microarrays muliggør, at mange tusinde geners udtrykkelse kan analyseres samtidigt Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning

Proteomics Ved hjælp af prote- omics kan man få en kvantitativ vurdering af de forskellige vævs indhold af proteiner og ændringer som følge af indefra eller udefra kommende påvirknin- ger Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning

Bioinformatik Den genetisk information samles i store data- baser. For at kunne håndtere og udnytte de store mængder information er der udviklet en ny disciplin: Bioinformatik Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning

Genetik og DNA markører Plantegenetikken gennemgår en meget hurtig udvikling især grundet udviklingen af de såkaldte DNA markører Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning

Er egenskaben tilstede i nære slægtninge? Konventionel foræd- ling og mutagenese Kortlægning af de involverede gener Identifikation af DNA markører DNA markør baseret forædling JA GMO forædling NEJ Indsættelse af gener fra andre organismer Fremtidens planteforædling Gensplejsning for ka- rakter identifikation Screening af sorter og vilde slægtninge Udvikling af mar- kører for genet Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning

Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning Anvendelse af plantebioteknologi i industrilandene DNA markører anvendes som værktøjer af langt de fleste planteforædlere Det er ikke muligt at vurdere den økonomiske og prak- tiske betydning af denne del af plantebioteknologien, idet der ikke er krav om dokumentation for frembringel- sesmåde indenfor den “konventionelle” forædling Kravet om dokumentation for sorter frembragt ved gensplejsning muliggør detaljerede undersøgelser af effekten på økonomi og miljø.

Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning

Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning Herbicidresistente soyabønner 75% af soyabønneproduktion i USA var I 2002 herbicidresistente sorter. Dyrkningsmæssige fordele: Reducerede energi- og lønudgifter på grund af færre sprøjtninger. Reducerede pesticidudgifter Større frihed hvad angår sprøjtnings- tidspunkt Gav i 2001 en merindtjening p$1000 mill. Miljømæssige fordele: Ingen eller stærkt reduceret jordbear- bejdning 13.4 mill pund glyphosat har erstattet 9.9 mill pund væsentligt giftigere herbicider (1999)

Herbicidresistent raps i Canada Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning Ifølge Canola Council of Canada gav de inddirekte og direkte fordele ved rapsdyrkning en merindtjening på $ 464 mill. for perioden Der var i 2002 en energibesparelse på 31.2 mill liter dieselolie Det er uklart, om der har været en reduktion i mængden af herbicider, men de anvendte midler er mere miljøvenlige

Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning Insektresistent Bt majs 34% af majsproduktionen i USA var i 2002 insekt og/eller herbicid resistent European Corn Borer forårsager årlige udbyttetab i USA på 1 milliard $ Dyrkningsmæssige fordele Permanent insektbeskyttelse Mindre monitering Gav i 2001 en merindtjening på 58 mill $ Miljø- og sundhedsmæssige fordele Mindre reduktion i pesticidforbrug Væsentlig reduktion i svampangreb - aflatoxiner

FUNGAL MYCOTOXINS IN CORN Corn cob with Fusarium infestation European Corn Borer (a) & Pink Stem Borer (b) in a corn stalk (a) (b) Under adverse climatic conditions, fungi of the Fusarium family can infest corn plants. Damage caused by tunnel-boring larvae of insects such as the European Corn Borer or the Pink Stem Borer facilitates fungal infestations. Fusarium sometimes produce potent toxins known as mycotoxins. Their toxicity to animals are well known, their effects on humans is increasingly investigated. In Europe, current regulations cover mainly aflatoxins. Regulation may soon be extended to cover other mycotoxins (for example fumonisins).

Insektresistent Bt bomuld 71% af bomuldsproduktionen i USA var i 2002 insekt- og/eller herbicidresistent. Angreb af møllarver forårsager meget store udbyttetab, og der sprøjtes meget hyppigt med bredspektrede insekticider. Dyrkning af bomuld er opgivet i en række områder på grund af udvikling af resistens mod insekticiderne. Dyrkningsmæssige fordele Permanent beskyttelse Mindre monitering Gav i 2001 en merindtjening på $ 133 mill Miljømæsssige fordele Reduktion på 2.7 mill pund insekticider i 1999 i USA Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning

Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning ”En omfattende gennemgang af den videnskabe- lige litteratur støtter den generelle konklusion, at de nuværende markedsførte gensplejsede sorter af sojabønner, majs og bomuld giver miljømæs- sige fordele. Derudover støtter en kritisk analyse af litteraturen det synspunkt, at de gensplejsede sorter af sojabønner, majs og bomuld ikke giver ophav til bekymringer for miljøet, der er unikke eller forskellige fra de bekymringer, der historisk set er forbundet med de konvenionelt frembragte sorter”. Comparative Environmental Impact of Biotechnology-derived and Traditional Soybean, Corn and Cotton Crops (Council for Agricultural Science and Technology, Iowa, USA ( science.org/biotechnology) I 2001 var der i USA en samlet reduktion i pesti- cidanvendelsen på 45,6 mill pounds

Insektresistent Bt bomuld i Kina I 2001 dyrkedes der insektresistente sorter på 31% af bomuldsarealet (1.5 mill. hektar). Der kan igen dyrkes bomuld i områder, hvor produktionen på grund af insekticidresistens var opgivet Sorterne er dels udviklet i Kina (22 sorter), dels markedsføres amerikanske sorter (5 sorter) Der er en stabil udbyttefremgang på 10% Pesticidforbruget er mere end halveret ( tons formuleret insekticid) Antallet af forgiftningstilfælde hos landmændene er gået markant ned I 2001 var der en merindtjening på $ 500 pr. hektar For Mexico, Sydafrika, Indien og Indonesien har man fået lignende resultater fra markforsøg. Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning

WORLDWIDE REDUCTION IN PESTICIDE USE FROM BIOTECH CROPS Total estimated reduction: 22 million kg of formulated product Source: Phipps. R.H., and Park, J.R. (2002). Environmental benefits of genetically modified crops: Global and European Perspectives on their ability to reduce pesticide use. Journal of Animal and Feed Sciences. Vol. 11(1) 1:18 Estimations for the year 2000 BT: Bacillus thuringensis, insect-protected HT: herbicide-tolerant

POTENTIAL PESTICIDE REDUCTION IN THE EU Biotech Conventional Total estimated reduction: 15 million kg formulated product (over 4 million kg ai) Source: Phipps. R.H., and Park, J.R Environmental benefits of genetically modified crops: Global and European Perspectives on their ability to reduce pesticide use. Journal of Animal and Feed Sciences. Vol. 11(1) 1:18 Reductions assuming 50% biotech crops in the EU (for 2000) BT: Bacillus thuringensis, insect-protected HT: herbicide-tolerant

Ministry of Food, Agriculture and Fisheries Danish Intitute of Agricultural Sciences Såfremt 50% af EU’s produktion af majs, raps, sukkerrroer og bomuld blev udskiftet med herbicid og insektresistente sorter, ville man opnå følgende årlige besparelser: tons pesticider (4.400 tons aktiv kom- ponent) Reduktion i sprøjtninger svarende til et sprøjte- areal på 7.5 mill ha 20.5 mill liter diesel CO 2 udledning på tons Phipps and Clark J. Anim Feed Sci. 11, 1-18

Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning GMO afgrøder under udvikling

Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Videre udvikling Det er ambitionen at videreudvikle denne platform gennem nationale og internationale samarbejder Genomanalyse in Biologischen System Pflanze Igangsat 63 projekter indenfor modelplanter, byg, majs, sukkerroer, raps, rug og popler med et samlet budget på 80 mill DM Fransk genominitiativ med et budget på 1.5 milliarder franc

Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri A Danish Functional Genomics Research Initiative for Improving Feed Quality and Disease Resistance in Grasses and Cereals (DAFGRI) Et nyt dansk forskningsprogram finansieret af Direktoratet for FødevareErhverv Deltagere: Danmarks JordbrugsForskning, Forskningscenter Risø Budget: Kr. 20 mill. over fire år

DJF – Risø Program (20 mill) Aftalebevilling via CO 2 midlerne DJF – Risø Program (20 mill) Aftalebevilling via CO 2 midlerne FÆLLES TEKNOLOGI PLATFORM EST sekventering Databaser Bioinformatik Microarrays Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri

DJF – Risø Program (20 mill) Aftalebevilling via CO 2 midlerne DJF – Risø Program (20 mill) Aftalebevilling via CO 2 midlerne FÆLLES TEKNOLOGI PLATFORM EST sekventering Databaser Bioinformatik Microarrays Fosfatmetabolisme i hvede DJF Aminosyremetabolisme i byg, DJF Fytinsyre biosyntese i byg Risø Meldugresistens i byg Risø Blomstring i rajgræs Risø Fruktanmetabolisme i rajgræs, Risø, Fruktanmetabolisme i rajgræs, DJF Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri

Danmarks JordbrugsForskning Introduktionen af genetisk modificerede planter har skabt en global diskussion: Internationale handelsregler Segregering og mærkning Risiko for sundhed og miljø Rettigheder til plantegener, sorter og anvendelsesmuligheder

Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning GMO problematikken har fremskyndet en udvikling, der allerede var på vej: Sporbarhed fra “jord til bord” Fødevarers kvalitet og betydning for menneskers sundhed Globale regler for handel med og godkendelse af nye fødevarer

DJF – Risø Program (20 mill) Aftalebevilling via CO 2 midlerne DJF – Risø Program (20 mill) Aftalebevilling via CO 2 midlerne FÆLLES TEKNOLOGI PLATFORM EST sekventering Databaser Bioinformatik Microarrays Fosfatmetabolisme i hvede DJF Aminosyremetabolisme i byg, DJF Fytinsyre biosyntese i byg Risø Meldugresistens i byg Risø Blomstring i rajgræs Risø Fruktanmetabolisme i rajgræs, Risø, Fruktanmetabolisme i rajgræs, DJF Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Fosfat Fremstilling af microarrays fra den udviklende byg- og hvedekerne Undersøgelser af de genetiske mekanismer bag fosfat deponering i kernen Identifikation af gener involveret i fytinsyresyntesen Sekventering af udtrykte gener i forskellige væv i byg- og hvedekernen

DJF – Risø Program (20 mill) Aftalebevilling via CO 2 midlerne DJF – Risø Program (20 mill) Aftalebevilling via CO 2 midlerne FÆLLES TEKNOLOGI PLATFORM EST sekventering Databaser Bioinformatik Microarrays Fosfatmetabolisme i hvede DJF Aminosyremetabolisme i byg, DJF Fytinsyre biosyntese i byg Risø Meldugresistens i byg Risø Blomstring i rajgræs Risø Fruktanmetabolisme i rajgræs, Risø, Fruktanmetabolisme i rajgræs, DJF Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Aminosyrer Fremstilling af microarrays fra den udviklende byg- og hvedekerne omfattende gener involveret i aminosyre- syntese og nedbrydning Undersøgelser af mutanter og gensplejset materiale, der viser en ændret aminosyre syntese Identifikation af gener involveret i regulering af aminosyresyresyntesen

DJF – Risø Program (20 mill) Aftalebevilling via CO 2 midlerne DJF – Risø Program (20 mill) Aftalebevilling via CO 2 midlerne FÆLLES TEKNOLOGI PLATFORM EST sekventering Databaser Bioinformatik Microarrays Fosfatmetabolisme i hvede DJF Aminosyremetabolisme i byg, DJF Fytinsyre biosyntese i byg Risø Meldugresistens i byg Risø Blomstring i rajgræs Risø Fruktanmetabolisme i rajgræs, Risø, Fruktanmetabolisme i rajgræs, DJF Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Meldugresistens Sekventering af gener udtrykt i melduginficerede celler Undersøgelser af genaktiviteter induceret af meldug infektion

DJF – Risø Program (20 mill) Aftalebevilling via CO 2 midlerne DJF – Risø Program (20 mill) Aftalebevilling via CO 2 midlerne FÆLLES TEKNOLOGI PLATFORM EST sekventering Databaser Bioinformatik Microarrays Fosfatmetabolisme i hvede DJF Aminosyremetabolisme i byg, DJF Fytinsyre biosyntese i byg Risø Meldugresistens i byg Risø Blomstring i rajgræs Risø Fruktanmetabolisme i rajgræs, Risø, Fruktanmetabolisme i rajgræs, DJF Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Blomstringsgener i rajgræs Storskalasekventering af gener udtrykt i blomsteranlæg Fremstilling af microarrays for analyse af genekspression under blomstring Identifikation og analyse af genvarianter, der påvirker blomstringen

DJF – Risø Program (20 mill) Aftalebevilling via CO 2 midlerne DJF – Risø Program (20 mill) Aftalebevilling via CO 2 midlerne FÆLLES TEKNOLOGI PLATFORM EST sekventering Databaser Bioinformatik Microarrays Fosfatmetabolisme i hvede DJF Aminosyremetabolisme i byg, DJF Fytinsyre biosyntese i byg Risø Meldugresistens i byg Risø Blomstring i rajgræs Risø Fruktanmetabolisme i rajgræs, Risø, Fruktanmetabolisme i rajgræs, DJF Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Sukkermetabolisme i rajgræs Storskalasekventering af gener involveret i syntesen af letomsættelige kulhydrater (fruktaner) i rajgræsblade Fremstilling af microarrays for analyse af genekspression i relation til ændret fruktan- og proteinmetabolisme Identifikation og analyse af genvarianter, der påvirker fruktan- og proteinmetabolismen