Kartoflen bliver snart sygdomsfri

En kartoffel er en kartoffel er en kartoffel. Ikke?

Nej, ikke helt. Langt fra faktisk. Kartofler er højt avancerede planter. Hvor mennesker har to kromosomer, har kartofler fire. Deres kromosomsæt er altså fire gange så stort som vores.

I år lykkedes det for første gang et internationalt hold af forskere med to danskere iblandt at kortlægge kartoflens genom. Den viden kan bruges til at udvikle nye og bedre kartoffelsorter.

»Set fra et plantebiologisk synspunkt, er det ligeså interessant at vide, hvordan kartoflens genom ser ud, som det fra et fysiologisk synspunkt er at vide noget om nyren i mennesket,« siger lektor Kåre Lehmann Nielsen fra Institut for Kemi og Bioteknologi påAalborg Universitet. Han er del af det internationale forskerhold.

Et af de vigtigste karaktertræk, man ønsker at fremavle, er sygdomsresistens hos kartoflerne, som blandt andet skal kunne modstå den dødelige plantesygdom kartoffelskimmel.

Kartoffelavl er speedet betydeligt op

Med genomsekvensen i hånden kan forskerne vælge gode planteforældre som udgangspunkt for forædling med større sikkerhed end før. For eksempel hvilke planter man skal vælge som forældre til de nye sorter for at få så stor genetisk forskellighed som mulig. På nuværende tidspunkt er forskerne interesserede i stor diversitet for at udvikle en række nye karaktertræk – for eksempel sygdomsresistens.

»Når vi udvikler nye kartoffelsorter, er noget af det vigtigste at få forøget resistensgenerne over for sygdom. Den forskning kan nu sættes i system og accelereres med den nye viden,« siger Kåre Lehmann Nielsen.

Sygdomsresistens er det karaktertræk, der bliver kastet flest penge efter, mener Kåre Lehmann Nielsen, og derfor vil det sandsynligvis være det, der bliver fremavlet først.

»Det er svært at sige præcis, hvornår det vil lykkes at gøre kartoflen sygdomsresistent. Noget arbejde er allerede i gang, men jeg vil forvente, at man vil have kommercielle markforsøg om 5-7 år af sorter fra teknikker baseret på kendskab til genomsekvensen. Herefter vil det nok tage yderligere 5-7 år at producere læggekartofler nok, til at sorterne kan få betydning i landbrugsproduktionen,« siger Kåre Lehmann Nielsen.

»Det eneste, vi ved med sikkerhed, er, at den proces nu er speedet betydeligt op, fordi vi kender kartoflens genomsekvens.«

Vi har fået bedre odds i tombolaen

Med den nye viden om kartoflens genom i baghånden kan man forkorte tiden, det tager at udvikle nye kartoffelsorter. Endda ret meget.

Indtil nu har kartoffelavl, også kendt som ’forædling’, krævet, at man valgte nogle passende forældre, krydsbestøvede dem og samlede deres frø. Først året efter kunne frøene plantes, hvorefter man skulle vente på, de voksede sig store og satte knolde. Efter endnu et års ventetid kunne knoldene plantes, og efter tre år havde de vokset sig store nok, til at forskerne kunne analysere for de karaktertræk, de var interesserede i, og vælge de planter, de ville gå videre med.

Nu er den proces kortet ned til få uger. Når man kender kartoflens genom, kan man relativt nemt udvikle molekylære markører, som kan indikere tilstedeværelsen af de egenskaber, som man ønsker at fremavle. Derefter kan man nemlig allerede i kartoflens frøstadie undersøge, om det lige netop de genetiske variationer, som man kigger efter.

»Når man laver planteavl, bliver det begrænset af hvor mange planter, man kan gro. Det lyder måske banalt, men helt grundlæggende kan det sammenlignes med en tombola. Dine odds afhænger af, hvor mange lodder du køber - man vil måske gerne plante 100.000 frø, men har ikke plads og råd til mere end 250,« siger Kåre Lehmann Nielsen.

»I stedet for at plante i blinde, har vi nu på forhånd fundet nogle forudsætninger, for at vi gider plante frøene. Det forøger vores vinderchancer i lodtrækningen markant.«

Største udfordring var at lave indavl

Det er første gang, at det lykkes forskerne at kortlægge et plantegenom inden for ’asteridefamilien’ eller ’natskyggefamilien’. Andre asterider er:

• Tomater
• Peber
• Auberginer
• Tobak
• Kaffe

For at kortlægge et plantegenom vil man under normale omstændigheder lave en plante, der var så ’ren’ i sit genetiske udtryk som muligt.

I praksis betyder det, at man selvbestøver en plante og vælger en variant af planten, som er totalt indavlet. Det er imidlertid umuligt at gøre med kartoffelplanten af naturlig vej, fordi kartofler ikke kan selvbestøve.

Derfor var forskernes første udfordring at finde en variant af kartoflen, som gjorde det muligt at fabrikere en overlevelsesdygtig indavlet plante ved kunstige metoder.

Den kunstigt indavlede plantes DNA blev derefter isoleret. Fordi man ikke kan håndtere de meget store DNA molekyler, som udgør kromosomerne, er man nødt til at bestemme sekvensen af en masse bittesmå DNA, som man herefter samler, så godt man kan.

»Derfor er vi nødt til at rive dem i stykker, sekventere hver bid for sig og samle dem igen,« siger Kåre Lehmann Nielsen.

Cirka 100 milliarder basepar skulle sekventeres i 700 millioner stykker for at kortlægge hele genomet. Bagefter skulle de 1-2 procent af denne sekvens, som udgør de interessante gener identificeres, og det var her, de danske forskere virkelig spillede en rolle.

Danskerne lavede en biologisk forudsigelse

»Processen med at samle sekvenserne tager mindst lige så lang tid, som det tager at sekventere DNA’et i første omgang. Herudover er det kun 1-2 procent, som vi reelt er interesseret i, mens de resterende 98-99 procent populært kaldes ’junk-DNA’ som blandt andet er rester af virusser. Det er ekstremt svært at identificere, hvad der er hvad, og det software der i forvejen findes fra andre genomprojekter er ikke meget værd,« siger Kåre Lehmann Nielsen.

»Når man skal lave sådan noget software, er det nærmest forfra, hver gang man kaster sig over en ny art, fordi genomet er meget forskelligt fra plante til plante. Vi har været med til at lave en procedure, som understøttes af eksperimentelle data til at afgøre, hvilke dele af DNA’et som er relevant for os.«

De 1-2 procent brugbart DNA er proteinkodende gener, og de er interessante, fordi det er dem cellen bruger til at producere messengerRNA (mRNA). Ud fra dem kan mRNA’et isoleres og sekventeres for sig – kan man det, kan man også regne ud, hvordan DNA’et ser ud.

Hvis man skal lede efter en firkløver på en fodboldbane, er det jo også meget rart at vide, hvor den starter og slutter.«

Kåre Lehmann Nielsen, lektor

»Vores model kan validere 85 procent af generne, altså sekvenserne, uden fejl,« siger Kåre Lehmann Nielsen.

Ældre metoder har højst kunnet validere 65 procent af generne.

En af verdens vigtigste fødevarer

Kartoflen er verdens tredjevigtigste fødevare efter hvede og ris, og i 2009 nåede produktionen op over 330 millioner ton.

»Fra kartoflens knold får man 2,5 gange så mange kalorier som majs og andre kornsorter pr. hektar, og det er jo vigtigt, når man tænker på, at vi har en tredje verden, der skal brødfødes,« siger Kåre Lehmann Nielsen.

»I den henseende er ris endnu mindre anvendeligt end majs, og derfor ser man nu også, at mange risdyrkende lande, specielt Kina, er begyndt at dyrke kartofler i stor stil – de kan godt se, at risen ikke er nok til at brødføde den støt voksende befolkning.«

Af samme grund er der stor interesse for at udvikle nye og bedre kartoffelsorter. De ergonomiske træk, som man ønsker at forbedre ved kartoflen er blandt andet:

• Bedre sygdomsresistens
  
• Mindre behov for vand (ikke essentielt i Danmark, men vigtigt i andre lande)
  
• Højere udbytte fra afgrøderne
  
• Store planter som kan stå tættere og dermed fylde mindre på marken
  
• Planter som kan give ophav til nye, interessante sorter (for eksempel til fødevarebrug, hvor man er interesseret i at forbedre smagen)
  
• Højt stivelsesindhold og lavt indhold af giftstoffer (halvdelen af kartoffelproduktionen går til at lave stivelse)
  
• Ikke ret mange reststoffer (er især relevant for produktionen af kartoffelchips. Hvis der er mange reststoffer i kartoflerne, vil de karamellisere under produktionen af chips, hvilket giver sorte kanter på chipsene – det smager grimt, ser skidt ud, og så er det usundt)

Sammen med Landbrugets Kartoffelfond, som er Danmarks eneste kartoffelforædlingsvirksomhed, har Institut for Kemi og Bioteknologi på Aalborg Universitet startet et samarbejde, hvor de i fremtiden selv vil dyrke nye kartoffelsorter og lave moderne avl.