FAKTA Trädgård
Sammanfattar aktuell forskning • Nr 5 2002
Margareta Welander
•
Li-Hua Zhu
•
Xue Yuan Li
• De svagväxande äpplegrundstammarna M26 och M9/29, samt pärongrundstammen BP10030
har fått bättre rotsystem, fler rötter och ökad rotningsprocent med hjälp av genteknik.
• Växthusförsök visar att de rotförbättrade grundstammarna inte är mer starkväxande än
kontrollplantorna.
• Genom att det nu går att ta sticklingar direkt från moderträden kan grundstammar produceras på ett helt nytt sätt.
• Ett fältförsök har etablerats med rotförbättrade äpplegrundstammar och kontrollplantor på
vilka fem äpplesorter har okulerats. Fruktträden kommer att jämföras med avseende på tillväxt, stabilitet i marken, blomning, fruktsättning och fruktkvalité.
Foto: Margareta Welander
Genväg till bättre
grundstammar
Korsningsförädling
otillfredsställande
Önskvärda egenskaper kan också
uppnås genom traditionell växtförädling, som man använt under ett
sekel. Det innebär att man korsar
individer inom en art och väljer ut
den mest gynnsamma avkomman.
När det gäller fruktträd med lång
omloppstid från frö till blomning är
sådan korsningsförädling otillfredsställande. Det krävs både tid och resurser för att selektera, identifiera
och utvärdera avkomman. Vidare
fungerar inte korsningsförädling
mellan arter. Det är inte heller möjligt att överföra endast en egenskap
utan att förlora andra bra egenskaper som gjort sorten unik. Intensiv
selektion och testning i kombination med att endast unika genotyper
bevaras, har också lett till att
genpoolen för vidare förädling är
begränsad.
Genteknik kraftfullt redskap
Gentekniken är tämligen ung, men
utgör ett kraftfullt, revolutionerande
redskap för att skräddarsy olika växtslag. Alla organismer, bakterier, växter och djur, har ett gemensamt ursprung och deras arvsmassa består av
samma sorts molekyl, DNA. Det innebär att en gen (en bit DNA) kan
flyttas inte bara inom arter utan också
mellan olika arter och organismer.
En annan stor fördel med gentekniken är att en enstaka egenskap
kan införas utan att andra önskvärda
egenskaper går förlorade. Men även
denna teknik har sina begränsningar.
Egenskaper som bestäms av flera
gener, som avkastning och klimatanpassning, kan inte överföras med
genteknik.
Grundstammar avgörande
I samtliga kommersiella fruktodlingar består fruktträden av en sort
som ympas eller okuleras på en
Bild: Margareta Welander
D
e flesta fruktslag har odlats
sedan yngre stenåldern.
Genom att odlare kontinuerligt valt ut de bästa plantorna från
naturliga populationer, har egenskaperna successivt ändrats. Det odlade
äpplet är avsevärt större och smakar
mycket bättre än vildapeln.
Bakterie med
önskad gen
Växtcell som fått
den önskade genen
Växtcell
Växtceller odlade på
selektionsmedium
Små skott som överlevt
selektionen
Planta med
önskvärd gen
FIGUR 1. Skiss över genöverföring. Bakterier med önskvärd gen infekterar
växtcellen (mikroförökade blad) och överför genen till växtens arvsmassa.
Genmodifierade växtceller odlas på ett selektionsmedium. Små skott som
överlever selektionen ger upphov till genmodifierade plantor.
grundstam. I modern fruktodling
används svagväxande grundstammar
för att reducera fruktträdens storlek
för tätplantering och effektiv fruktproduktion. Grundstammarna påverkar också tidpunkten för första blomning, näringsupptagning, sjukdomsresistens, härdighet, anpassning till
olika jordar och bördighet. Grundstammarna har därför avgörande
betydelse för modern fruktodling.
Inga ideala stammar
Fastän det finns ett stort antal
fruktträdsgrundstammar att välja mellan finns det inga ideala. Många
svagväxande grundstammar har dålig
rotbildningsförmåga och dålig förankring i marken. Äpplegrundstammen
M9, som används mest i Europa för
kommersiell äppleproduktion, måste
exempelvis bindas till stödpålar på
grund av grundstammens dåliga förankring i marken.
För päron finns det inga svagväxande
grundstammar av släktet Pyrus för
kommersiell produktion. Idag används kvitten (Cydonia oblonga) som
pärongrundstam. Den har dålig
köldhärdighet och dålig sammanväxning efter ympning eller okulering med flera sorter.
Det är således av stor vikt att förbättra rotbildningen hos svagväxande fruktträdsgrundstammar. I detta
Fakta beskriver vi hur vi med hjälp av
genteknik tagit fram lättförökade
fruktträdsgrundstammar med god
förankring i marken.
Gen för auxinkänslighet
När vedartade växter åldras går
rotbildningsförmågan förlorad. Därför går det inte att föröka gamla träd
vegetativt genom att ta sticklingar.
Det innebär att grundstammar idag
förökas med de kostnadskrävande
metoderna avläggning och kupning.
Rotbildningen hos växter kontrolleras av växthormonet auxin. Detta
hormon används ofta för att öka rotbildningen hos sticklingar. Hos
många vedartade växter minskar
emellertid känsligheten för hormonet så att det inte hjälper att sätta till
auxin. Genom att öka hormonkänsligheten skulle man kunna förbättra
rotbildningen hos vedartade växter.
I jordbakterien Agrobacterium rhizogenes finns en gen som heter rolB
som visats öka känsligheten för auxin
och därmed stimulera rotbildningen.
Det är denna gen som vi fört in i olika
fruktträdsgrundstammar.
Förbättras med genteknik
Vid institutionen för hortikulturell växtförädling har man fått fram en svagväxande pärongrundstam BP10030
med mycket goda egenskaper. Denna
kan dock ej användas i kommersiell
produktion på grund av den dåliga
rotbildningsförmågan.
Genöverföring med bakterie
I naturen
I naturen finns olika jordbakterier
som har utvecklat ett system att infektera växter och överföra en bit av
sitt eget DNA till växtens egen arvsmassa. Bakterien får då växten att
Foto: Li-Hua Zhu
Foto: Annelie Ahlman
producera en massa nya celler som
nu innehåller bakteriegener. Dessa
nya celler blir små fabriker som producerar specifika näringsämnen till
bakterien. Växten däremot har ingen
nytta av bakterien.
I laboratoriet
Genom att byta ut bakteriens egna
gener mot önskvärda gener ( i vårt
fall rolB-genen) kan man använda
bakterien som instrument för att föra
över specifika egenskaper.
Figur 1 visar hur genöverföring går
till. Växtceller (små blad av mikroförökade fruktträdsgrundstammar)
samodlas med de modifierade bakterierna. Efter några dagar förs bladen över till ett odlingsmedium som
stimulerar skottbildning från bladen
och som samtidigt dödar bakterierna.
Selektionsgen
För att kunna se vilka skott som fått
den nya genen har samtidigt en
selektionsgen satts in. Den gör att
nybildade skott kan växa på ett medium med kanamycin, medan icke
transformerade skott dör.
De överlevande skotten förökas och
testas med molekylärbiologiska metoder för att kontrollera att den önskvärda genen nu finns i växtens arvsmassa. Eftersom den införda genen
kan hamna på olika ställen i växtens
arvsmassa, ger varje transformeringshändelse upphov till en klon.
Rotningsförsök i växthus
A
FIGUR 2. Bild A visar rotbildningen hos mikroförökade skott från en
genmodifierad planta av äpplegrundstammen M9/29 till vänster och en
kontrollplanta till höger. Bild B visar nodsticklingar av två transformerade
kloner av samma grundstam med kontrollplanta till höger.
Nodsticklingar billigare
Lägre plantor värdefull bieffekt
Om man kunde få nodsticklingar,
(vedartade sticklingar med två till
fyra knoppar) att rota sig lätt, skulle
grundstamsförökningen kunna bli
mycket enklare och billigare än nu.
En annan mycket viktig egenskap
hos de transformerade sticklingarna
är att rotsystemet är jämnt fördelat
runt stammen på sticklingen jämfört
med kontrollplantorna. Den goda
rotbildningsförmågan innebär också
att det går utmärkt att ta sticklingar
direkt från moderplantorna, vilket
medför ett helt nytt sätt att producera fruktträdsgrundstammar.
För att undersöka detta odlades
mikroförökade exemplar av både
kontrollplantor och genmodiferade
kloner från de undersökta fruktträdsgrundstammarna i krukor med en
blandning av jord och perlit. De stod
i växthus under två månader. Från
dessa moderplantor togs nodsticklingar, som stacks i plastkrukor med
fåror för att undvika rotsnurr. Krukorna placerades på en sandbädd
med 21°C undervärme under en
dimanläggning.
Mikroförökade skott
Skotten i varje klon i våra försök
testades därefter för att utröna om
rotbildningsförmågan hade förbättrats. Mikroförökade skott av kontrollplantor och genmodifierade plantor
av M26, M9/29 och pärongrundstammen BP10030 odlades på ett
näringsmedium utan rotningshormonet auxin.
Efter fyra veckor bedömdes rotningsprocent och antalet rötter. Inga
kontrollplantor bildade rötter utan
auxin, medan alla transformerade
kloner hade en rotningsprocent på
mellan 83 och 100. Figur 2A visar
rotbildningen hos mikroförökade
skott av äpplegrundstammen M9/
29 bredvid en kontrollplanta.
B
Enormt ökad rotbildning
Rotningsprocent och antal rötter
registrerades efter fem veckor. Alla
sticklingar från de transformerade
plantorna hade en mycket god
rotningsförmåga (91–94,5 procent),
medan kontrollplantorna varierade
mellan 20 och 46 procent. Figur 2B
visar rotningen av två genmodifierade nodsticklingar av äpplegrundstammen M9/29 bredvid en
kontrollplanta.
Även antalet rötter per stickling
ökade enormt efter transformering.
För kontrollplantorna varierade antalet mellan 1 och 4,7 rötter och för
de transformerade plantorna mellan 14,1 och 31 rötter per stickling.
Tillväxtstudier i växthus visar att trots
förbättrad rotbildning hade de transformerade klonerna av M26 kortare
internoder än kontrollplantorna, vilket resulterade i lägre plantor. Detta
var en icke väntad positiv sidoeffekt.
Fältförsök med äppleträd
För att jämföra fruktträd okulerade
på de transformerade grundstammarna med kontrollplantor anlades ett fältförsök i maj 2001. Totalt
500 mikroförökade äpplegrundstammar sattes ut på ett fält i Alnarp.
Det var 100 plantor vardera av ickegenmodifierade M9/29 och M26, av
två transformerade kloner från M9/
29 samt av en klon från M26.
Plantorna skolades genom att rötterna putsades och topparna klipptes av så jämnstora plantor om tre
decimeter erhölls. De sattes ut i fält
med 15 centimeters mellanrum.
Samtliga plantor växte mycket bra
och efter tillväxtsäsongen hade M26plantorna en stamdiameter på ca 1,4
centimeteroch M9/29 ca 0,95 centi-
Foto: Margareta Welander
A
Gentillstånd
De flesta länder, så även Sverige, har
en särskild lag om genförändrade
växtslag. För att göra fältförsök med
genmodifierade grödor krävs tillstånd
från Jordbruksverket. Innan tillstånd
ges granskas ansökan noggrant avseende vilka gener som satts in, hur
fältförsöket ska bedrivas, var det är
placerat, skötselanvisningar och tänkbara riskanalyser. Detta är ett mycket
säkert försök eftersom det endast är
rotsystemet som är genetiskt modifierat. De okulerade sorterna är inte
transformerade och någon risk för
genspridning föreligger inte.
Göran Johansson, trädgårdsförman vid institutionen för växtvetenskap i Alnarp,
okulerar äpplegrundstammarna i fältförsöket. Fem äpplesorter på tre genmodifierade grundstammar ska jämföras med kontrollplantor av M26 och M9/29.
Bilden är tagen i juli 2001.
meter, lika för kontroll och genmodifierade.
kommer att studeras. De första resultaten bör kunna skönjas redan 2003.
Den 19 december togs plantorna
upp och kyllagrades vid +2°C. Den
14 april togs M9/29 plantorna ut
från kylen, putsades och klipptes
som året innan och planterades åter
ut i fält, men nu med tre träd per
meter. M26-träden, som är mer starkväxande, sattes inte förrän den 15
maj för att stammarna inte skulle bli
för kraftiga vid okuleringen.
Ämnesord
Den 24–31 juli okulerades grundstammarna med fem sorter med tjugo
träd per sort och grundstamstyp. Sorterna är ’Aroma’, ’Jonagold’, ’Discovery’, ’Elstar’ och ’Elise’. Sorterna valdes efter diskussion med svenska odlare. Även några sorter av betydelse
för holländska och belgiska odlare
togs med.
Genmodifierade grundstammar,
rotningsförmåga, äpple, päron,
tillväxtstudier, fältförsök
Författare
FD Margareta Welander (040-41 53 22)
professor vid institutionen för växtvetenskap, SLU, Box 44, 230 53 Alnarp. [email protected]
Läs mer
Welander M., Pawlicki N., Holefors A.
& Wilson F. 1998. Genetic transformation of the apple rootstock M26
with the rolB gene and its influence
on rooting. J. Plant Physiol . 53, 371–
380.
Zhu LH. & Welander M. 2000. Adventitious shoot regeneration of two
dwarfing pear rootstocks and the
development of a transformation
protocol. Journal of Horticultural Science and Biotechnology 75 (6), 745–752.
Zhu LH., Holefors A., Ahlman A., Xue
Z.T. & Welander, M. 2001. Transformation of the apple rootstock M9/29
with the rolB gene and its influence
on rooting and growth. Plant Science
160, 433–439.
FD Li-Hua Zhu (040-41 53 73,
[email protected]) är forskare och
FD Xue Yuan Li (saknas på bild) är
amanuens vid samma institution.
Tillväxt, stabilitet i marken, blomning, fruktsättning och fruktkvalité
Ansvarig utgivare:
Redaktör:
Internet:
Prenumeration och lösnummer:
Prenumerationspris:
Tryck:
Britta Fagerberg, SLU, JLT-fakulteten, Box 7070, 750 07 Uppsala
Nora Adelsköld, SLU Informationsavdelningen, Box 7077, 750 07 Uppsala
Telefon: 018-67 17 07 • Telefax: 018-67 35 20
E-post: [email protected]
www.slu.se/forskning/fakta.html
SLU Publikationstjänst, Box 7075, 750 07 Uppsala
Telefon: 018-67 11 00 • Telefax: 018-67 35 00
E-post: [email protected]
152 kronor + moms
TK i Uppsala, 2002
ISSN 0280-7157 © SLU
