Gentechnisch veränderte Pflanzen - Genetically modified crops

Gentechnisch veränderte Nutzpflanzen ( GV-Pflanzen ) sind landwirtschaftlich genutzte Pflanzen , deren DNA mit gentechnischen Methoden verändert wurde. Pflanzengenome können durch physikalische Verfahren oder durch die Verwendung von Agrobacterium zur Lieferung von Sequenzen, die in binären T-DNA-Vektoren enthalten sind, manipuliert werden . In den meisten Fällen besteht das Ziel darin, der Pflanze ein neues Merkmal einzuführen , das in der Art natürlich nicht vorkommt. Beispiele für Nahrungspflanzen sind Resistenz gegen bestimmte Schädlinge, Krankheiten, Umweltbedingungen, Verringerung des Verderbs, Resistenz gegen chemische Behandlungen (z. B. Resistenz gegen ein Herbizid ) oder die Verbesserung des Nährstoffprofils der Kultur. Beispiele für Non-Food-Pflanzen sind die Produktion von pharmazeutischen Wirkstoffen , Biokraftstoffen und anderen industriell nützlichen Gütern sowie für die biologische Sanierung .

Landwirte haben die GV-Technologie weitgehend übernommen. Die Anbaufläche stieg von 1,7 Millionen Hektar im Jahr 1996 auf 185,1 Millionen Hektar im Jahr 2016, was etwa 12% der weltweiten Ackerfläche entspricht. Ab 2016 bestehen die wichtigsten Pflanzenmerkmale (Sojabohnen, Mais, Raps und Baumwolle) aus Herbizidtoleranz (95,9 Millionen Hektar), Insektenresistenz (25,2 Millionen Hektar) oder beidem (58,5 Millionen Hektar). Im Jahr 2015 wurden 53,6 Mio. ha gv-Mais angebaut (fast 1/3 der Maisernte). GV-Mais übertraf seine Vorgänger: Der Ertrag war um 5,6 bis 24,5% höher, mit weniger Mykotoxinen (−28,8%), Fumonisin (−30,6%) und Thricotecens (−36,5%). Nicht-Zielorganismen waren nicht betroffen, mit Ausnahme von Braconidae , repräsentiert durch einen Parasitoiden des Maiszünslers , dem Ziel von Lepidoptera- aktivem Bt-Mais. Biogeochemische Parameter wie der Ligningehalt variierten nicht, während der Biomasseabbau höher war.

GV-Pflanzen haben zahlreiche Vorteile für die menschliche Gesundheit und die Umwelt. Eine Metaanalyse aus dem Jahr 2014 kam zu dem Schluss, dass die Einführung von GV-Technologie den Einsatz chemischer Pestizide um 37 % reduziert , die Ernteerträge um 22 % erhöht und die Gewinne der Landwirte um 68 % gesteigert hat. Diese Reduzierung des Pestizideinsatzes war ökologisch vorteilhaft, aber der Nutzen kann durch übermäßigen Einsatz verringert werden. Ertragssteigerungen und Pestizidreduzierungen sind bei insektenresistenten Pflanzen größer als bei herbizidtoleranten Pflanzen. Ertrags- und Gewinngewinne sind in Entwicklungsländern höher als in entwickelten Ländern . Allein in Indien wurden Pestizidvergiftungen um bis zu 9 Millionen Fälle pro Jahr reduziert. Die weit verbreitete Einführung von Bt-Baumwolle führte in Indien zu einem Rückgang der Selbstmorde von Bauern um 25 %. Bt-Mais führte zu einer Verringerung der durch Mykotoxine verursachten Krebsraten .

Es besteht wissenschaftlicher Konsens darüber, dass derzeit verfügbare Lebensmittel aus GV-Pflanzen kein größeres Risiko für die menschliche Gesundheit darstellen als konventionelle Lebensmittel, dass jedoch jedes GV-Lebensmittel vor der Einführung von Fall zu Fall getestet werden muss. Dennoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass GV-Lebensmittel von der Öffentlichkeit als sicher wahrgenommen werden, von der Öffentlichkeit weitaus geringer als von Wissenschaftlern. Der rechtliche und regulatorische Status von GV-Lebensmitteln variiert von Land zu Land, wobei einige Nationen sie verbieten oder einschränken und andere sie mit sehr unterschiedlichen Regulierungsgraden zulassen.

Gegner haben jedoch Einwände gegen GV-Pflanzen aus Gründen wie Umweltauswirkungen, Lebensmittelsicherheit, ob GV-Pflanzen benötigt werden, um den Nahrungsbedarf zu decken, ob sie für Landwirte in Entwicklungsländern ausreichend zugänglich sind und Bedenken hinsichtlich der Unterwerfung von Nutzpflanzen unter das Recht des geistigen Eigentums . Sicherheitsbedenken veranlassten 38 Länder, darunter 19 in Europa, ihren Anbau offiziell zu verbieten.

Geschichte

Der Mensch hat die genetische Ausstattung von Pflanzen direkt beeinflusst, um ihren Wert als Nutzpflanze durch Domestikation zu steigern . Die ersten Beweise für die Domestikation von Pflanzen stammen von Emmer- und Einkornweizen, die in präkeramischen neolithischen A- Dörfern in Südwestasien aus der Zeit um 10.500 bis 10.100 v. Chr. gefunden wurden. Der Fruchtbare Halbmond in Westasien, Ägypten und Indien waren Orte der frühesten geplanten Aussaat und Ernte von Pflanzen, die zuvor in freier Wildbahn gesammelt wurden. Eine eigenständige Entwicklung der Landwirtschaft erfolgte in Nord- und Südchina, in der afrikanischen Sahelzone , in Neuguinea und in mehreren Regionen Amerikas. Die acht jungsteinzeitlichen Gründerkulturen ( Emmerweizen , Einkorn , Gerste , Erbsen , Linsen , Bitterwicke , Kichererbsen und Flachs ) waren alle um etwa 7.000 v. Chr. erschienen. Traditionelle Pflanzenzüchter haben seit langem fremdes Keimplasma in Pflanzen eingeführt, indem sie neue Kreuzungen geschaffen haben. Ein hybrides Getreidekorn wurde 1875 durch Kreuzung von Weizen und Roggen geschaffen . Seitdem wurden auf diese Weise Eigenschaften wie Zwergengene und Rostresistenz eingeführt. Pflanzengewebekulturen und absichtliche Mutationen haben es dem Menschen ermöglicht, die Zusammensetzung von Pflanzengenomen zu verändern.

Moderne Fortschritte in der Genetik haben es dem Menschen ermöglicht, die Pflanzengenetik direkter zu verändern. 1970 entdeckte das Labor von Hamilton Smith Restriktionsenzyme , die es ermöglichten, DNA an bestimmten Stellen zu schneiden, was es Wissenschaftlern ermöglichte, Gene aus dem Genom eines Organismus zu isolieren. DNA-Ligasen , die gebrochene DNA miteinander verbinden, wurden 1967 entdeckt, und durch die Kombination der beiden Technologien war es möglich, DNA-Sequenzen "auszuschneiden und einzufügen" und rekombinante DNA zu erzeugen . Plasmide , die 1952 entdeckt wurden, wurden zu wichtigen Werkzeugen für die Übertragung von Informationen zwischen Zellen und die Replikation von DNA-Sequenzen. Im Jahr 1907 wurde ein Bakterium, das Pflanzentumore verursacht, Agrobacterium tumefaciens , entdeckt und in den frühen 1970er Jahren wurde festgestellt, dass das tumorinduzierende Agens ein DNA-Plasmid ist, das als Ti-Plasmid bezeichnet wird . Durch das Entfernen der Gene im Plasmid, die den Tumor verursachten, und das Hinzufügen neuer Gene konnten die Forscher Pflanzen mit A. tumefaciens infizieren und die Bakterien ihre gewählte DNA-Sequenz in das Genom der Pflanzen einfügen lassen. Da nicht alle Pflanzenzellen für eine Infektion durch A. tumefaciens anfällig waren, wurden andere Verfahren entwickelt, einschließlich Elektroporation , Mikroinjektion und Partikelbeschuss mit einer Genkanone (erfunden 1987). In den 1980er Jahren wurden Techniken entwickelt, um isolierte Chloroplasten wieder in eine Pflanzenzelle einzuführen , deren Zellwand entfernt wurde. Mit der Einführung der Genkanone im Jahr 1987 wurde es möglich, fremde Gene in einen Chloroplasten zu integrieren . Die genetische Transformation ist in einigen Modellorganismen sehr effizient geworden. 2008 wurde bei Arabidopsis thaliana gentechnisch verändertes Saatgut hergestellt, indem die Blüten in eine Agrobacterium- Lösung getaucht wurden. Im Jahr 2013 wurde CRISPR zum ersten Mal verwendet, um auf die Modifikation von Pflanzengenomen abzuzielen.

Die erste gentechnisch veränderte Nutzpflanze war Tabak, über die 1983 berichtet wurde. Sie wurde entwickelt, um ein chimäres Gen zu schaffen , das ein antibiotikaresistentes Gen mit dem T1-Plasmid von Agrobacterium verbindet . Der Tabak wurde mit Agrobacterium infiziert, das mit diesem Plasmid transformiert war, was dazu führte, dass das chimäre Gen in die Pflanze eingefügt wurde. Durch Gewebekulturtechniken wurde eine einzelne Tabakzelle selektiert, die das Gen enthielt, und eine neue Pflanze, die daraus gezüchtet wurde. Die ersten Feldversuche mit gentechnisch veränderten Pflanzen fanden 1986 in Frankreich und den USA statt, Tabakpflanzen wurden so verändert, dass sie gegen Herbizide resistent sind . 1987 Plant Genetic Systems , gegründet von Marc Van Montagu und Jeff Schell , war die erste Firma genetisch insektenresistente Pflanzen Ingenieur von Genen , die erzeugte insektizide Proteine von Einbeziehung Bacillus thuringiensis (Bt) in Tabak . Die Volksrepublik China war das erste Land, das transgene Pflanzen auf den Markt brachte und 1992 einen virusresistenten Tabak einführte. 1994 erhielt Calgene die Genehmigung zur kommerziellen Freigabe der Flavr Savr- Tomate, einer Tomate, die auf eine längere Haltbarkeit ausgelegt ist. Ebenfalls 1994 genehmigte die Europäische Union Tabak, der gegen das Herbizid Bromoxynil resistent ist , und ist damit die erste gentechnisch veränderte Nutzpflanze, die in Europa kommerzialisiert wurde. 1995 wurde Bt Potato von der Environmental Protection Agency als sicher anerkannt , nachdem es von der FDA zugelassen wurde, was es zur ersten in den USA zugelassenen Pestizidproduktionspflanze machte. 1996 wurden insgesamt 35 Zulassungen für den kommerziellen Anbau von 8 transgenen Pflanzen und einer Blumenpflanze (Nelke) mit 8 verschiedenen Merkmalen in 6 Ländern plus der EU erteilt. Bis 2010 hatten 29 Länder kommerzialisierte gentechnisch veränderte Pflanzen angebaut und weitere 31 Länder hatten die behördliche Zulassung für den Import transgener Pflanzen erteilt.

Das erste gentechnisch veränderte Tier kommerzialisiert werden , war der GloFish , ein Zebrafisch mit einem Fluoreszenz - Gen hinzugefügt , die es im Dunkel unter glühen ermöglicht ultraviolettem Licht . Das erste gentechnisch veränderte Tier, das für die Verwendung als Lebensmittel zugelassen wurde, war der AquAdvantage-Lachs im Jahr 2015. Der Lachs wurde mit einem wachstumshormonregulierenden Gen aus einem Pacific Chinook-Lachs und einem Promotor aus einem Stintdorsch so transformiert, dass er das ganze Jahr über statt nur wachsen kann im Frühjahr und Sommer.

Methoden

Pflanzen ( Solanum chacoense ), die mit Agrobakterien transformiert werden

Bei gentechnisch veränderten Pflanzen werden Gene hinzugefügt oder entfernt, wobei gentechnische Techniken verwendet wurden, die ursprünglich Genkanonen , Elektroporation , Mikroinjektion und Agrobakterien umfassten . In jüngerer Zeit boten CRISPR und TALEN viel präzisere und bequemere Schnitttechniken.

Genkanonen (auch als Biolistik bekannt) "schießen" (direkte hochenergetische Partikel oder Strahlungen gegen) Zielgene in Pflanzenzellen. Es ist die gebräuchlichste Methode. DNA ist an winzige Gold- oder Wolframpartikel gebunden, die anschließend unter hohem Druck in Pflanzengewebe oder einzelne Pflanzenzellen geschossen werden. Die beschleunigten Partikel dringen sowohl in die Zellwand als auch in die Membranen ein . Die DNA trennt sich vom Metall und wird im Zellkern in die Pflanzen-DNA integriert . Diese Methode wurde bei vielen Kulturpflanzen erfolgreich angewendet, insbesondere bei Monokotyledonen wie Weizen oder Mais, bei denen die Transformation mit Agrobacterium tumefaciens weniger erfolgreich war. Der Hauptnachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass das Zellgewebe ernsthaft geschädigt werden kann.

Agrobacterium tumefaciens vermittelte Transformation ist eine weitere gängige Technik. Agrobacterium sind natürliche Pflanzenparasiten . Ihre natürliche Fähigkeit, Gene zu übertragen, bietet eine weitere technische Methode. Um eine geeignete Umgebung für sich selbst zu schaffen, schleusen diese Agrobakterien ihre Gene in Pflanzenwirte ein, was zu einer Vermehrung von modifizierten Pflanzenzellen in Bodennähe ( Kronengalle ) führt. Die genetische Information für das Tumorwachstum ist auf einem beweglichen, zirkulären DNA-Fragment ( Plasmid )kodiert. Wenn Agrobacterium eine Pflanze infiziert, überträgt es diese T-DNA an eine zufällige Stelle im Pflanzengenom. Beim Einsatz in der Gentechnik wird die bakterielle T-DNA aus dem bakteriellen Plasmid entfernt und durch das gewünschte Fremdgen ersetzt. Das Bakterium ist ein Vektor , der den Transport fremder Gene in Pflanzen ermöglicht. Diese Methode funktioniert besonders gut bei zweikeimblättrigen Pflanzen wie Kartoffeln, Tomaten und Tabak. Bei Kulturen wie Weizen und Mais ist die Infektion mit Agrobakterien weniger erfolgreich.

Elektroporation wird verwendet, wenn das Pflanzengewebe keine Zellwände enthält. Bei dieser Technik "tritt DNA durch Miniaturporen in die Pflanzenzellen ein, die vorübergehend durch elektrische Impulse verursacht werden".

Mikroinjektion wird verwendet, um fremde DNA direkt in Zellen zu injizieren.

Pflanzenwissenschaftler, die durch die Ergebnisse moderner umfassender Profilerstellung der Pflanzenzusammensetzung unterstützt werden, weisen darauf hin, dass Pflanzen, die mit GV-Techniken modifiziert wurden, weniger wahrscheinlich unbeabsichtigte Veränderungen aufweisen als konventionell gezüchtete Pflanzen.

In der Forschung sind Tabak und Arabidopsis thaliana aufgrund gut entwickelter Transformationsmethoden, einfacher Vermehrung und gut untersuchter Genome die am häufigsten modifizierten Pflanzen. Sie dienen als Modellorganismen für andere Pflanzenarten.

Die Einführung neuer Gene in Pflanzen erfordert einen Promotor , der für den Bereich spezifisch ist, in dem das Gen exprimiert werden soll. Um beispielsweise ein Gen nur in Reiskörnern und nicht in Blättern zu exprimieren, wird ein Endosperm- spezifischer Promotor verwendet. Die Codons des Gens müssen aufgrund des Codon-Usage-Bias für den Organismus optimiert werden .

Arten von Modifikationen

Transgener Mais , der ein Gen des Bakteriums Bacillus thuringiensis enthält

Transgen

In transgene Pflanzen sind Gene eingebaut, die von einer anderen Art stammen. Die eingefügten Gene können von Arten innerhalb desselben Königreichs (von Pflanze zu Pflanze) oder zwischen Königreichen (z. B. Bakterien zu Pflanze) stammen. In vielen Fällen muss die inserierte DNA geringfügig modifiziert werden, um im Wirtsorganismus korrekt und effizient exprimiert zu werden. Transgene Pflanzen dienen der Expression von Proteinen , wie den Kryo-Toxinen aus B. thuringiensis , herbizidresistenten Genen, Antikörpern und Antigenen für Impfungen . Eine von der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) geleitete Studie fand auch virale Gene in transgenen Pflanzen.

Transgene Karotten wurden verwendet, um das Medikament Taliglucerase alfa herzustellen, das zur Behandlung der Gaucher-Krankheit verwendet wird . Im Labor wurden transgene Pflanzen modifiziert, um die Photosynthese zu steigern (derzeit bei den meisten Pflanzen etwa 2% gegenüber dem theoretischen Potenzial von 9-10%). Dies ist möglich durch die wechselnden Rubisco - Enzym (dh ändert C 3 Pflanzen in C 4 Pflanzen), indem den Rubisco in einer Platzierung carboxysome , durch Zugabe von CO
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Pumpen in der Zellwand oder durch Veränderung der Blattform oder -größe. Pflanzen wurden so entwickelt, dass sie Biolumineszenz zeigen , die eine nachhaltige Alternative zur elektrischen Beleuchtung werden könnte.

Cisgen

Cisgene Pflanzen werden unter Verwendung von Genen hergestellt, die innerhalb derselben Art oder einer eng verwandten Art vorkommen, wo konventionelle Pflanzenzüchtung stattfinden kann. Einige Züchter und Wissenschaftler argumentieren, dass die cisgene Modifikation für Pflanzen nützlich ist, die mit herkömmlichen Mitteln schwer zu kreuzen sind (wie Kartoffeln ), und dass Pflanzen der cisgenen Kategorie nicht die gleiche regulatorische Prüfung erfordern sollten wie transgene.

Subgene

Gentechnisch veränderte Pflanzen können auch mittels Gen-Knockdown oder Gen-Knockout entwickelt werden , um die genetische Ausstattung einer Pflanze zu verändern, ohne Gene aus anderen Pflanzen einzubauen. Im Jahr 2014 meldete der chinesische Forscher Gao Caixia Patente auf die Entwicklung einer Weizensorte an , die gegen Mehltau resistent ist . Dem Stamm fehlen Gene, die Proteine ​​kodieren, die die Abwehr gegen den Mehltau unterdrücken. Die Forscher löschten alle drei Kopien der Gene aus dem hexaploiden Genom des Weizens . Gao benutzte die Gene Editing- Tools von TALENs und CRISPR , ohne andere Gene hinzuzufügen oder zu ändern. Feldversuche waren nicht sofort geplant. Die CRISPR-Technik wurde auch vom Penn State-Forscher Yinong Yang verwendet, um weiße Champignons ( Agaricus bisporus ) so zu modifizieren , dass sie nicht bräunen, und von DuPont Pioneer , um eine neue Maissorte herzustellen.

Integration mehrerer Merkmale

Bei der Integration mehrerer Merkmale können mehrere neue Merkmale in eine neue Nutzpflanze integriert werden.

Wirtschaft

Der wirtschaftliche Wert von GV-Lebensmitteln für Landwirte ist einer der größten Vorteile, auch in Entwicklungsländern. Eine Studie aus dem Jahr 2010 ergab, dass Bt-Mais in den letzten 14 Jahren in fünf Bundesstaaten des Mittleren Westens einen wirtschaftlichen Nutzen von 6,9 Milliarden US-Dollar erbrachte. Der Großteil (4,3 Milliarden US-Dollar) floss auf Landwirte zu, die Nicht-Bt-Mais produzieren. Dies wurde auf die durch die Exposition gegenüber Bt-Mais reduzierten europäischen Maiszünsler-Populationen zurückgeführt, wodurch weniger konventioneller Mais in der Nähe angegriffen werden konnte. Landwirtschaftsökonomen berechneten, dass "der Weltüberschuss [um] $240,3 Millionen für 1996 gestiegen ist. Von dieser Gesamtsumme ging der größte Anteil (59%) an US-Landwirte. Der Saatgutkonzern Monsanto erhielt den nächstgrößten Anteil (21%), gefolgt von US-Verbrauchern ( 9 %), dem Rest der Welt (6%) und dem Keimplasma-Lieferanten Delta & Pine Land Company of Mississippi (5%).

Nach Angaben des International Service for the Acquisition of Agri-Biotech Applications (ISAAA) haben im Jahr 2014 etwa 18 Millionen Landwirte in 28 Ländern Biotech-Pflanzen angebaut; etwa 94 % der Bauern in Entwicklungsländern waren ressourcenarm. 53 % der weltweiten Biotech-Anbaufläche von 181,5 Millionen Hektar wurden in 20 Entwicklungsländern angebaut. Die umfassende Studie von PG Economics aus dem Jahr 2012 kam zu dem Schluss, dass GV-Pflanzen die landwirtschaftlichen Einkommen weltweit im Jahr 2010 um 14 Milliarden US-Dollar steigerten, von denen mehr als die Hälfte an Landwirte in Entwicklungsländern ging.

Kritiker bestritten die behaupteten Vorteile für die Landwirte aufgrund der Prävalenz von voreingenommenen Beobachtern und des Fehlens randomisierter kontrollierter Studien . Die wichtigste Bt-Pflanze, die von Kleinbauern in Entwicklungsländern angebaut wird, ist Baumwolle. Eine Überprüfung der Ergebnisse von Bt-Baumwolle durch Agrarökonomen aus dem Jahr 2006 kam zu dem Schluss: „Die Gesamtbilanz ist zwar vielversprechend, aber gemischt. Die wirtschaftlichen Erträge variieren stark über Jahre, Betriebstyp und geografische Lage“.

Im Jahr 2013 forderte der European Academies Science Advisory Council (EASAC) die EU auf, die Entwicklung landwirtschaftlicher GV-Technologien zuzulassen, um eine nachhaltigere Landwirtschaft zu ermöglichen, indem weniger Land, Wasser und Nährstoffressourcen verwendet werden. Die EASAC kritisiert auch den "zeitaufwendigen und teuren Regulierungsrahmen" der EU und sagte, die EU sei bei der Einführung von GV-Technologien ins Hintertreffen geraten.

Zu den Teilnehmern an Agrargeschäftsmärkten gehören Saatgutunternehmen, agrochemische Unternehmen, Händler, Landwirte, Getreideheber und Universitäten, die neue Pflanzen/Merkmale entwickeln und deren landwirtschaftliche Erweiterungen Landwirte in Bezug auf bewährte Verfahren beraten. Laut einer Überprüfung aus dem Jahr 2012, die auf Daten aus den späten 1990er und frühen 2000er Jahren basiert, wird ein Großteil der jährlich angebauten gv-Pflanzen als Viehfutter verwendet, und die erhöhte Nachfrage nach Fleisch führt zu einer erhöhten Nachfrage nach gv-Futterpflanzen. Der Anteil von Futtergetreide an der gesamten Pflanzenproduktion beträgt 70 % bei Mais und mehr als 90 % bei Ölsaatenmehlen wie Sojabohnen. Etwa 65 Millionen Tonnen GV-Maiskörner und etwa 70 Millionen Tonnen Sojabohnenmehl aus GV-Sojabohnen werden zu Futtermitteln.

Im Jahr 2014 betrug der globale Wert von Biotech-Saatgut 15,7 Milliarden US-Dollar; 11,3 Milliarden US-Dollar (72 %) entfielen auf die Industrieländer und 4,4 Milliarden US-Dollar (28 %) auf die Entwicklungsländer. Im Jahr 2009 erzielte Monsanto einen Umsatz von 7,3 Milliarden US-Dollar mit Saatgut und Lizenzen für seine Technologie; DuPont war über seine Pioneer- Tochter das zweitgrößte Unternehmen auf diesem Markt. 2009 machte die gesamte Roundup-Produktlinie, einschließlich des GV-Saatguts, etwa 50 % des Geschäfts von Monsanto aus.

Einige Patente für gentechnisch veränderte Merkmale sind abgelaufen, was die legale Entwicklung von generischen Stämmen ermöglicht, die diese Merkmale enthalten. Zum Beispiel sind jetzt generische Glyphosat-tolerante gv-Sojabohnen verfügbar. Eine weitere Auswirkung besteht darin, dass Eigenschaften, die von einem Anbieter entwickelt wurden, zu den proprietären Sorten eines anderen Anbieters hinzugefügt werden können, was möglicherweise die Produktauswahl und den Wettbewerb erhöht. Das Patent für die erste von Monsanto produzierte Roundup-Ready- Pflanze (Sojabohnen) lief 2014 aus, und die erste Ernte von nicht patentgeschützten Sojabohnen erfolgt im Frühjahr 2015. Monsanto hat das Patent weitgehend an andere Saatgutunternehmen lizenziert, die die Glyphosat-Resistenz einschließen Merkmal in ihren Samenprodukten. Ungefähr 150 Unternehmen haben die Technologie lizenziert, darunter Syngenta und DuPont Pioneer .

Ertrag

Im Jahr 2014 kam die bisher größte Überprüfung zu dem Schluss, dass die Auswirkungen von gv-Pflanzen auf die Landwirtschaft positiv waren. Die Metaanalyse berücksichtigte alle veröffentlichten englischsprachigen Untersuchungen zu den agronomischen und wirtschaftlichen Auswirkungen zwischen 1995 und März 2014 für drei große gv-Pflanzen: Sojabohne, Mais und Baumwolle. Die Studie ergab, dass herbizidtolerante Pflanzen niedrigere Produktionskosten haben, während bei insektenresistenten Pflanzen der reduzierte Pestizideinsatz durch höhere Saatgutpreise ausgeglichen wurde, so dass die Gesamtproduktionskosten in etwa gleich blieben.

Die Erträge stiegen bei Herbizidtoleranz um 9 % und bei insektenresistenten Sorten um 25 %. Landwirte, die gentechnisch veränderte Pflanzen verwendeten, erzielten 69 % höhere Gewinne als diejenigen, die dies nicht taten. Die Überprüfung ergab, dass GV-Pflanzen Landwirten in Entwicklungsländern helfen und die Erträge um 14 Prozentpunkte steigern.

Die Forscher berücksichtigten einige Studien, die nicht von Experten begutachtet wurden, und einige, die keine Stichprobengrößen berichteten. Sie versuchten , Publikationsbias zu korrigieren , indem sie Quellen außerhalb wissenschaftlicher Zeitschriften berücksichtigten . Der große Datensatz ermöglichte es der Studie, potenziell störende Variablen wie den Düngemittelverbrauch zu kontrollieren. Unabhängig davon kamen sie zu dem Schluss, dass die Finanzierungsquelle die Studienergebnisse nicht beeinflusst.

Unter besonderen Bedingungen, die nur genetische Ertragsfaktoren aufdecken sollen, sind viele gv-Pflanzen dafür bekannt, dass sie tatsächlich niedrigere Erträge erzielen. Dies ist auf verschiedene Weise auf eine oder beide: Yield drag , wobei das Merkmal selbst Ausbeute senkt, entweder durch Synthese für konkurrierende Beschickungsmaterial oder durch etwas ungenau eingesetzt wird, in die Mitte einer Ausbeute relevanten Gen; und/oder Ertragsverzögerung , wobei es einige Zeit dauert, die neueste Ertragsgenetik in die GM-Linien zu züchten. Dies spiegelt jedoch nicht die realistischen Feldbedingungen wider, insbesondere wird der Schädlingsdruck nicht berücksichtigt, der oft der Punkt des GV-Merkmals ist. Siehe zum Beispiel Roundup Ready § Produktivitätsansprüche .

Züge

Gentechnisch veränderte King Edward Kartoffel (rechts) neben der nicht gentechnisch veränderten King Edward (links). Forschungsbereich der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften im Jahr 2019.

Heute angebaute oder in der Entwicklung befindliche GV-Pflanzen wurden mit verschiedenen Merkmalen modifiziert . Zu diesen Merkmalen gehören eine verbesserte Haltbarkeit , Krankheitsresistenz , Stressresistenz, Herbizidresistenz , Schädlingsresistenz , Produktion von nützlichen Gütern wie Biokraftstoff oder Arzneimitteln und die Fähigkeit, Toxine zu absorbieren und bei der biologischen Beseitigung von Umweltverschmutzung zu verwenden.

Vor kurzem Forschung und Entwicklung wurde die gezielte Verbesserung von Kulturpflanzen , die in lokal wichtigen Entwicklungsländern , wie insektenresistente cowpea für Afrika und insektenresistente brinjal (Aubergine).

Verlängerte Haltbarkeit

Die erste gentechnisch veränderte Nutzpflanze, die in den USA zum Verkauf zugelassen wurde, war die FlavrSavr- Tomate, die eine längere Haltbarkeit hatte. Erstmals 1994 verkauft, wurde die Tomatenproduktion von FlavrSavr 1997 eingestellt. Sie ist nicht mehr auf dem Markt.

Im November 2014 genehmigte das USDA eine gv-Kartoffel , die Blutergüsse verhindert.

Im Februar 2015 wurden Arctic Apples vom USDA zugelassen und waren damit der erste gentechnisch veränderte Apfel, der für den Verkauf in den USA zugelassen wurde. Gen-Silencing wurde verwendet, um die Expression von Polyphenoloxidase (PPO) zu reduzieren und so eine enzymatische Bräunung der Frucht nach dem Aufschneiden zu verhindern. Das Merkmal wurde den Sorten Granny Smith und Golden Delicious hinzugefügt . Das Merkmal umfasst ein bakterielles Antibiotikaresistenzgen , das Resistenz gegen das Antibiotikum Kanamycin verleiht . Die Gentechnik beinhaltete den Anbau in Gegenwart von Kanamycin, wodurch nur resistente Sorten überleben konnten. Menschen, die Äpfel konsumieren, erwerben laut arcticapple.com keine Kanamycin-Resistenz. Die FDA hat die Äpfel im März 2015 zugelassen.

Verbesserte Photosynthese

Pflanzen verwenden nicht-photochemisches Quenching , um sie vor übermäßiger Sonneneinstrahlung zu schützen. Pflanzen können den Löschmechanismus fast augenblicklich einschalten, aber es dauert viel länger, bis er wieder abschaltet. Während der Ausschaltzeit steigt die Energieverschwendung. Eine genetische Veränderung in drei Genen erlaubt dies zu korrigieren (in einem Versuch mit Tabakpflanzen). Infolgedessen waren die Erträge, bezogen auf das Gewicht der geernteten Trockenblätter, um 14-20% höher. Die Pflanzen hatten größere Blätter, waren höher und hatten kräftigere Wurzeln.

Eine weitere Verbesserung des Photosyntheseprozesses (bei Pflanzen des C3-Pfads ) ist die Photorespiration . Durch die Einführung des C4-Wegs in C3-Pflanzen kann die Produktivität bei Getreide wie Reis um bis zu 50 % gesteigert werden .

Verbesserte Fähigkeit zur Biosequestrierung

Die Harnessing Plants Initiative konzentriert sich auf die Schaffung von gv-Pflanzen mit erhöhter Wurzelmasse, Wurzeltiefe und Suberin-Gehalt.

Verbesserter Nährwert

Speiseöle

Einige gv-Sojabohnen bieten verbesserte Ölprofile für die Verarbeitung. Camelina sativa wurde modifiziert, um Pflanzen zu produzieren, die einen hohen Anteil an Ölen ähnlich wie Fischöle ansammeln .

Vitaminanreicherung

Goldener Reis , entwickelt vom International Rice Research Institute (IRRI), liefert größere Mengen an Vitamin A, die darauf abzielen, Vitamin-A-Mangel zu reduzieren . Bis Januar 2016 wurde goldener Reis noch in keinem Land kommerziell angebaut.

Toxinreduktion

Genetisch veränderter Maniok in der Entwicklung Angebote senken Cyanogen Glucosiden und verbesserte Protein und anderen Nährstoffen (genannt BioCassava).

Im November 2014 genehmigte das USDA eine Kartoffel, die Quetschungen verhindert und beim Frittieren weniger Acrylamid produziert . Sie verwenden keine Gene von Nicht-Kartoffelarten. Das Merkmal wurde den Sorten Russet Burbank , Ranger Russet und Atlantic hinzugefügt .

Stressresistenz

Pflanzen wurden so entwickelt, dass sie nicht-biologische Stressoren wie Trockenheit , Frost und einen hohen Salzgehalt des Bodens tolerieren . Im Jahr 2011 erhielt Monsantos DroughtGard-Mais als erste dürreresistente gv-Pflanze die US-Marktzulassung.

Dürreresistenz entsteht, indem die Gene der Pflanze verändert werden, die für den Mechanismus verantwortlich sind, der als Crassulaceen-Säuremetabolismus (CAM) bekannt ist und es den Pflanzen ermöglicht, trotz niedrigem Wasserstand zu überleben. Dies ist vielversprechend für wasserlastige Pflanzen wie Reis, Weizen, Sojabohnen und Pappel, um ihre Anpassung an wasserbegrenzte Umgebungen zu beschleunigen. Bei salztoleranten Pflanzen wurden mehrere Mechanismen der Salztoleranz identifiziert. Reis-, Raps- und Tomatenkulturen wurden beispielsweise gentechnisch verändert, um ihre Toleranz gegenüber Salzstress zu erhöhen.

Herbizide

Glyphosat

Ab 1999 war die Glyphosat- Toleranz das am weitesten verbreitete Gen- Merkmal . Glyphosat (der Wirkstoff in Roundup und anderen Herbizidprodukten) tötet Pflanzen, indem es den Shikimat- Weg in Pflanzen stört , der für die Synthese der aromatischen Aminosäuren Phenylalanin , Tyrosin und Tryptophan essentiell ist . Der Shikimat-Weg ist bei Tieren nicht vorhanden, die stattdessen aromatische Aminosäuren aus ihrer Nahrung aufnehmen. Genauer gesagt hemmt Glyphosat das Enzym 5-Enolpyruvylshikimat-3-phosphat-Synthase (EPSPS).

Dieses Merkmal wurde entwickelt, weil die damals auf Getreide- und Graskulturen verwendeten Herbizide hochgiftig und gegen schmalblättrige Unkräuter nicht wirksam waren. Daher würde die Entwicklung von Pflanzen, die dem Besprühen mit Glyphosat standhalten, sowohl Umwelt- und Gesundheitsrisiken reduzieren als auch dem Landwirt einen landwirtschaftlichen Vorteil verschaffen.

Einige Mikroorganismen haben eine Version von EPSPS, die gegen die Hemmung von Glyphosat resistent ist. Einer davon wurde aus einem Agrobacterium- Stamm CP4 (CP4 EPSPS) isoliert , der gegen Glyphosat resistent war. Die CP4 - EPSPS - Gen wurde für die Pflanzen engineered Expression durch Verschmelzen des 5' - Endes des Gens zu einem Chloroplasten - Transitpeptid aus dem abgeleiteten Petunien - EPSPS. Dieses Transitpeptid wurde verwendet, weil es zuvor die Fähigkeit gezeigt hatte, bakterielles EPSPS an die Chloroplasten anderer Pflanzen zu liefern. Dieses CP4-EPSPS-Gen wurde kloniert und in Sojabohnen transfiziert .

Das zum Verschieben des Gens in Sojabohnen verwendete Plasmid war PV-GMGTO4. Es enthielt drei bakterielle Gene, zwei CP4-EPSPS-Gene und als Marker ein Gen, das für Beta-Glucuronidase (GUS) aus Escherichia coli kodiert . Die DNA wurde mit der Partikelbeschleunigungsmethode in die Sojabohnen injiziert . Für die Transformation wurde die Sojabohnensorte A54O3 verwendet .

Bromoxynil

Tabakpflanzen wurden so konstruiert, dass sie gegen das Herbizid Bromoxynil resistent sind .

Glufosinat

Es wurden auch Pflanzen vermarktet, die gegen das Herbizid Glufosinat resistent sind . Pflanzen, die auf Resistenz gegen mehrere Herbizide ausgelegt sind, damit Landwirte eine gemischte Gruppe von zwei, drei oder vier verschiedenen Chemikalien verwenden können, sind in der Entwicklung, um die wachsende Herbizidresistenz zu bekämpfen.

2,4-D

Im Oktober 2014 registrierte die US EPA Dow ‚s Enlist Duo Mais, die genetisch modifiziert ist , um beide beständig zu sein , um Glyphosate und 2,4-D , in sechs Zuständen. Durch Einfügen eines bakteriellen Aryloxyalkanoat-Dioxygenase-Gens macht aad1 den Mais resistent gegen 2,4-D. Mais und Sojabohnen mit der Mutation hatte das USDA im September 2014 zugelassen.

Dicamba

Monsanto hat die Zulassung für eine gestapelte Sorte beantragt, die sowohl Glyphosat als auch Dicamba tolerant ist . Der Antrag enthält Pläne zur Vermeidung einer Herbiziddrift auf andere Kulturen. Erhebliche Schäden an anderen nicht resistenten Pflanzen traten durch Dicamba-Formulierungen auf, die das Abdriften der Verflüchtigung beim Sprühen auf resistente Sojabohnen im Jahr 2017 reduzieren sollten km/h), um Partikeldrift zu vermeiden, durchschnittliche Windgeschwindigkeiten unter 3 Meilen pro Stunde (4,8 km/h), um Temperaturinversionen zu vermeiden , und Regen oder hohe Temperaturen werden für den nächsten Tag vorhergesagt. Diese Bedingungen treten jedoch normalerweise nur im Juni und Juli für einige Stunden auf.

Schädlingsresistenz

Insekten

Tabak, Mais, Reis und einige andere Nutzpflanzen wurden so verändert, dass sie Gene exprimieren, die für insektizide Proteine ​​aus Bacillus thuringiensis (Bt) kodieren . Schätzungen zufolge hat die Einführung von Bt-Pflanzen im Zeitraum zwischen 1996 und 2005 die Gesamtmenge des Einsatzes von Insektizidwirkstoffen in den Vereinigten Staaten um über 100.000 Tonnen reduziert. Dies entspricht einer Reduzierung des Insektizideinsatzes um 19,4%.

Ende der 1990er Jahre wurde eine gentechnisch veränderte Kartoffel , die gegen den Kartoffelkäfer resistent war, vom Markt genommen , weil große Käufer sie aus Angst der Verbraucher ablehnten.

Viren

Papaya, Kartoffeln und Kürbis wurden so entwickelt, dass sie viralen Krankheitserregern wie dem Gurkenmosaikvirus widerstehen , das trotz seines Namens eine Vielzahl von Pflanzen infiziert. Virusresistente Papaya wurden als Reaktion auf einen Ausbruch des Papaya-Ringspot-Virus (PRV) in den späten 1990er Jahren auf Hawaii entwickelt. Sie enthalten PRV-DNA. Bis 2010 wurden 80% der hawaiianischen Papayapflanzen gentechnisch verändert.

Kartoffeln wurden 1998 auf Resistenz gegen das Kartoffelblattrollvirus und das Kartoffelvirus Y manipuliert. Schlechte Verkaufszahlen führten nach drei Jahren zum Rückzug vom Markt.

Ab den 1990er Jahren wurden gelbe Kürbisse entwickelt, die zunächst gegen zwei, dann gegen drei Viren resistent waren. Die Viren sind Wassermelone, Gurke und Zucchini/Zucchini gelbes Mosaik. Kürbis war die zweite gv-Pflanze, die von den US-Regulierungsbehörden zugelassen wurde. Das Merkmal wurde später Zucchini hinzugefügt.

Viele Maisstämme wurden in den letzten Jahren entwickelt, um die Ausbreitung des Mais-Zwergmosaikvirus zu bekämpfen , ein kostspieliges Virus, das ein verkümmertes Wachstum verursacht, das in Johnson-Gras übertragen und durch Blattlaus-Insektenvektoren verbreitet wird. Diese Stränge sind im Handel erhältlich, obwohl die Resistenz bei GV-Maisvarianten nicht Standard ist.

Nebenprodukte

Drogen

Im Jahr 2012 genehmigte die FDA das erste in Pflanzen hergestellte Arzneimittel , ein Medikament zur Behandlung der Gaucher-Krankheit . Tabakpflanzen wurden modifiziert, um therapeutische Antikörper zu produzieren.

Biotreibstoff

Algen werden zur Verwendung in Biokraftstoffen entwickelt . Forscher in Singapur arbeiteten an GV- Jatropha für die Biokraftstoffproduktion. Syngenta hat die Genehmigung des USDA zur Vermarktung eines Mais-Marken-Enogens, das gentechnisch verändert wurde, um seine Stärke in Zucker für Ethanol umzuwandeln . Einige Bäume wurden genetisch modifiziert, um entweder weniger Lignin zu haben oder Lignin mit chemisch labilen Bindungen zu exprimieren. Lignin ist der entscheidende limitierende Faktor bei der Verwendung von Holz zur Herstellung von Bioethanol, da Lignin die Zugänglichkeit von Cellulose- Mikrofibrillen für die Depolymerisation durch Enzyme einschränkt . Außer bei Bäumen sind die chemisch labilen Ligninbindungen auch für Getreidearten wie Mais,

Materialien

Firmen und Labore arbeiten an Pflanzen, aus denen Biokunststoffe hergestellt werden können . Es wurden auch Kartoffeln entwickelt, die industriell nutzbare Stärken produzieren. Ölsaaten können zu Fettsäuren für Waschmittel , Ersatzbrennstoffe und Petrochemikalien modifiziert werden .

Schädlingsbekämpfungsmittel ohne Pestizide

Neben der oben genannten modifizierten Ölpflanze wurde Camelina sativa auch modifiziert, um Helicoverpa armigera- Pheromone zu produzieren, und ist mit einer Spodoptera frugiperda- Version in Arbeit . Die Pheromone von H. armigera wurden getestet und sind wirksam.

Bioremediation

Wissenschaftler an der Universität von York entwickelten ein Unkraut ( Arabidopsis thaliana ) , die Gene von Bakterien enthält , die reinigen konnten TNT und RDX Explosive Bodenverunreinigungen im Jahr 2011 16 Millionen Hektar in den USA (1,5% der Gesamtoberfläche) geschätzt kontaminiert sein mit TNT und RDX. Jedoch A. thaliana war nicht hart genug für den Einsatz auf militärischen Testgelände. Zu den Modifikationen im Jahr 2016 gehörten Switchgrass und Bentgrass .

Zur biologischen Sanierung kontaminierter Böden werden gentechnisch veränderte Pflanzen eingesetzt . Quecksilber , Selen und organische Schadstoffe wie polychlorierte Biphenyle (PCBs).

Die Meeresumwelt ist besonders gefährdet, da Verschmutzungen wie Ölverschmutzungen nicht eingedämmt werden können. Zusätzlich zur anthropogenen Verschmutzung gelangen jährlich Millionen Tonnen Erdöl durch natürliche Versickerungen in die Meeresumwelt. Trotz seiner Toxizität wird ein beträchtlicher Teil des Erdöls, das in Meeressysteme gelangt, durch die kohlenwasserstoffabbauenden Aktivitäten mikrobieller Gemeinschaften eliminiert. Besonders erfolgreich ist eine kürzlich entdeckte Gruppe von Spezialisten, die sogenannten Hydrocarbonoclastic Bacteria (HCCB), die nützliche Gene bieten können.

Asexuelle Reproduktion

Pflanzen wie Mais vermehren sich jedes Jahr geschlechtlich. Dadurch wird randomisiert, welche Gene an die nächste Generation weitergegeben werden, was bedeutet, dass wünschenswerte Eigenschaften verloren gehen können. Um eine qualitativ hochwertige Ernte zu erhalten, kaufen einige Landwirte jedes Jahr Saatgut. Typischerweise unterhält das Saatgutunternehmen zwei Inzuchtsorten und kreuzt sie in eine Hybridsorte , die dann verkauft wird. Verwandte Pflanzen wie Sorghum und Gammagras können Apomixis ausführen , eine Form der asexuellen Fortpflanzung, die die DNA der Pflanze intakt hält. Dieses Merkmal wird anscheinend von einem einzigen dominanten Gen gesteuert, aber die traditionelle Züchtung war bei der Erzeugung von ungeschlechtlich reproduzierendem Mais nicht erfolgreich. Gentechnik bietet einen anderen Weg zu diesem Ziel. Eine erfolgreiche Modifikation würde es Landwirten ermöglichen, geerntetes Saatgut mit wünschenswerten Eigenschaften wieder anzupflanzen, anstatt sich auf gekauftes Saatgut zu verlassen.

Sonstiges

Bei einigen Nutzpflanzen gibt es auch genetische Veränderungen, die die Verarbeitung der Nutzpflanzen erleichtern, dh in kompakterer Form wachsen. Außerdem wurden einige Nutzpflanzen (wie Tomaten) genetisch so verändert, dass sie überhaupt kein Saatgut enthalten.

Pflanzen

Herbizidtoleranz

Ernte Verwenden Länder zugelassen in Zuerst genehmigt Anmerkungen
Alfalfa Tierfutter uns 2005 Zulassung 2007 zurückgezogen und 2011 erneut zugelassen
Raps Speiseöl

Margarine

Emulgatoren in verpackten Lebensmitteln

Australien 2003
Kanada 1995
uns 1995
Baumwolle Faser
Baumwollsaatöl
Tierfutter
Argentinien 2001
Australien 2002
Brasilien 2008
Kolumbien 2004
Costa Rica 2008
Mexiko 2000
Paraguay 2013
Südafrika 2000
uns 1994
Mais Tierfutter

Maissirup mit hohem Fructosegehalt

Maisstärke

Argentinien 1998
Brasilien 2007
Kanada 1996
Kolumbien 2007
Kuba 2011
europäische Union 1998 Angebaut in Portugal, Spanien, Tschechien, Slowakei und Rumänien
Honduras 2001
Paraguay 2012
Philippinen 2002
Südafrika 2002
uns 1995
Uruguay 2003
Sojabohne Tierfutter

Sojaöl

Argentinien 1996
Bolivien 2005
Brasilien 1998
Kanada 1995
Chile 2007
Costa Rica 2001
Mexiko 1996
Paraguay 2004
Südafrika 2001
uns 1993
Uruguay 1996
Zuckerrübe Essen Kanada 2001
uns 1998 Kommerzialisierung 2007, Produktion blockiert 2010, Wiederaufnahme 2011.

Insektenresistenz

Ernte Verwenden Länder zugelassen in Zuerst genehmigt Anmerkungen
Baumwolle Faser
Baumwollsaatöl
Tierfutter
Argentinien 1998
Australien 2003
Brasilien 2005
Burkina Faso 2009
China 1997
Kolumbien 2003
Costa Rica 2008
Indien 2002 Größter Produzent von Bt-Baumwolle
Mexiko 1996
Myanmar 2006
Pakistan 2010
Paraguay 2007
Südafrika 1997
Sudan 2012
uns 1995
Aubergine Essen Bangladesch 2013 12 ha auf 120 Farmen im Jahr 2014 gepflanzt
Mais Tierfutter

Maissirup mit hohem Fructosegehalt

Maisstärke

Argentinien 1998
Brasilien 2005
Kolumbien 2003
Mexiko 1996 Ursprungszentrum für Mais
Paraguay 2007
Philippinen 2002
Südafrika 1997
Uruguay 2003
uns 1995
Pappel Baum China 1998 543 ha Bt-Pappel im Jahr 2014 gepflanzt

Andere modifizierte Eigenschaften

Ernte Verwenden Merkmal Länder zugelassen in Zuerst genehmigt Anmerkungen
Raps Speiseöl

Margarine

Emulgatoren in verpackten Lebensmitteln

Raps mit hohem Lorbeer Kanada 1996
uns 1994
Phytase- Produktion uns 1998
Nelke Zier Verzögerte Seneszenz Australien 1995
Norwegen 1998
Geänderte Blütenfarbe Australien 1995
Kolumbien 2000 2014 wurden 4 ha in Gewächshäusern für den Export angebaut
europäische Union 1998 Zwei Veranstaltungen liefen 2008 aus, eine weitere genehmigte 2007
Japan 2004
Malaysia 2012 Für dekorative Zwecke
Norwegen 1997
Mais Tierfutter

Maissirup mit hohem Fructosegehalt

Maisstärke

Erhöhtes Lysin Kanada 2006
uns 2006
Trockenheitstoleranz Kanada 2010
uns 2011
Papaya Essen Virusresistenz China 2006
uns 1996 Hauptsächlich auf Hawaii angebaut
Petunie Zier Geänderte Blütenfarbe China 1997
Kartoffel Essen Virusresistenz Kanada 1999
uns 1997
Industrie Modifizierte Stärke uns 2014
Rose Zier Geänderte Blütenfarbe Australien 2009 Aufgegebene Erneuerung
Kolumbien 2010 Gewächshausanbau nur für den Export.
Japan 2008
uns 2011
Sojabohne Tierfutter

Sojaöl

Erhöhte Ölsäure - Produktion Argentinien 2015
Kanada 2000
uns 1997
Produktion von Stearidonsäure Kanada 2011
uns 2011
Quetschen Essen Virusresistenz uns 1994
Zuckerrohr Essen Trockenheitstoleranz Indonesien 2013 Nur Umweltzertifikat
Tabak Zigaretten Nikotinreduzierung uns 2002

GM Camelina

Es wurden mehrere Modifikationen von Camelina sativa vorgenommen , siehe §Speiseöle und §Nicht-Pestizide Schädlingsbekämpfungsmittel oben.

Entwicklung

Die Zahl der vom USDA genehmigten Feldfreigaben für Tests stieg von 4 im Jahr 1985 auf 1.194 im Jahr 2002 und betrug danach im Durchschnitt etwa 800 pro Jahr. Die Anzahl der Standorte pro Freisetzung und die Anzahl der Genkonstrukte (wie das interessierende Gen zusammen mit anderen Elementen verpackt wird) – sind seit 2005 rapide gestiegen. Freisetzungen mit agronomischen Eigenschaften (wie Dürreresistenz) stiegen von 1.043 im Jahr 2005 auf 5.190 im Jahr 2013. Bis September 2013 wurden rund 7.800 Freisetzungen für Mais, mehr als 2.200 für Sojabohnen, mehr als 1.100 für Baumwolle und rund 900 für Kartoffeln genehmigt. Die Freisetzungen wurden für Herbizidtoleranz (6.772 Freisetzungen), Insektenresistenz (4.809), Produktqualität wie Geschmack oder Nährwert (4.896), agronomische Eigenschaften wie Trockenheitsresistenz (5.190) und Virus-/Pilzresistenz (2.616) genehmigt. Zu den Institutionen mit den meisten autorisierten Feldfreigaben gehören Monsanto mit 6.782, Pioneer/DuPont mit 1.405, Syngenta mit 565 und der Agricultural Research Service des USDA mit 370. Bis September 2013 hatte das USDA Vorschläge zur Freigabe von GV-Reis, Kürbis, Pflaume, Rose, Tabak, Flachs und Chicorée.

Landwirtschaftliche Praktiken

Widerstand

Bacillus thuringiensis

Die ständige Exposition gegenüber einem Toxin erzeugt einen evolutionären Druck für Schädlinge, die gegen dieses Toxin resistent sind. Die übermäßige Abhängigkeit von Glyphosat und eine Verringerung der Vielfalt der Unkrautmanagementpraktiken ermöglichten die Ausbreitung der Glyphosatresistenz bei 14 Unkrautarten in den USA und in Sojabohnen.

Um die Resistenz gegen Bacillus thuringiensis (Bt)-Pflanzen zu reduzieren , wurde 1996 mit der Kommerzialisierung von transgener Baumwolle und Mais eine Managementstrategie eingeführt, um zu verhindern, dass Insekten resistent werden. Für Bt-Pflanzen sind Managementpläne für Insektenresistenz obligatorisch. Ziel ist es, eine große Schädlingspopulation zu fördern, damit alle (rezessiven) Resistenzgene innerhalb der Population verdünnt werden. Widerstand senkt die evolutionäre Fitness in Abwesenheit des Stressors Bt. In Refugien verdrängen nicht-resistente Stämme resistente.

Bei ausreichend hoher Transgenexpression werden fast alle Heterozygoten (S/s), dh der größte Teil der ein Resistenzallel tragenden Schädlingspopulation, vor der Reifung abgetötet, wodurch die Übertragung des Resistenzgens auf ihre Nachkommen verhindert wird. Refugien (dh Felder mit nicht transgenen Pflanzen) neben transgenen Feldern erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass sich homozygote resistente (s/s) Individuen und alle überlebenden Heterozygoten mit anfälligen (S/S) Individuen aus dem Refugium paaren, anstatt mit anderen Individuen, die die Resistenz-Allel. Dadurch bleibt die Häufigkeit von Resistenzgenen in der Bevölkerung geringer.

Komplizierende Faktoren können den Erfolg der Hochdosis-/Zufluchtsstrategie beeinträchtigen. Wenn beispielsweise die Temperatur nicht ideal ist, kann thermischer Stress die Bt-Toxinproduktion senken und die Pflanze anfälliger machen. Noch wichtiger ist, dass eine reduzierte Expression in der späten Saison dokumentiert wurde, möglicherweise aufgrund einer DNA-Methylierung des Promotors . Der Erfolg der Hochdosis-/Refugium-Strategie hat den Wert der Bt-Pflanzen erfolgreich erhalten. Dieser Erfolg hängt von Faktoren ab, die unabhängig von der Managementstrategie sind, darunter niedrige anfängliche Resistenzallelfrequenzen, mit Resistenz verbundene Fitnesskosten und die Fülle von Nicht-Bt-Wirtspflanzen außerhalb der Schutzgebiete.

Unternehmen, die Bt-Saatgut produzieren, führen Stämme mit mehreren Bt-Proteinen ein. Monsanto tat dies mit Bt-Baumwolle in Indien, wo das Produkt schnell angenommen wurde. Monsanto hat auch; in einem Versuch, den Prozess der Einrichtung von Zufluchtsstätten auf Feldern zu vereinfachen, um die Richtlinien zum Insect Resistance Management (IRM) einzuhalten und unverantwortliche Anpflanzungspraktiken zu verhindern; begann mit der Vermarktung von Saatgutbeuteln mit einem festgelegten Anteil an Schutzsamen (nicht transgen), die mit den verkauften Bt-Samen vermischt wurden. Diese als "Refuge-in-a-Bag" (RIB) geprägte Praxis soll die Einhaltung der Anforderungen an die Zufluchtsorte durch die Landwirte erhöhen und den zusätzlichen Arbeitsaufwand beim Pflanzen reduzieren, da separate Bt- und Zufluchtsaatgutbeutel zur Hand sind. Diese Strategie verringert wahrscheinlich die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Bt-Resistenz beim Maiswurzelbohrer , kann jedoch das Resistenzrisiko bei Lepidoptera- Maisschädlingen wie dem Maiszünsler erhöhen . Erhöhte Bedenken hinsichtlich der Resistenz bei Samenmischungen umfassen teilweise resistente Larven auf einer Bt-Pflanze, die in der Lage sind, zu einer anfälligen Pflanze zu wandern, um zu überleben, oder die Kreuzbestäubung von Zufluchtspollen auf Bt-Pflanzen, die die Menge an Bt, die in Körnern für ohrfressende Insekten exprimiert wird, verringern können.

Herbizidresistenz

Best Management Practices (BMPs) zur Bekämpfung von Unkräutern können helfen, Resistenzen zu verzögern. Zu den BMPs gehören die Anwendung mehrerer Herbizide mit unterschiedlichen Wirkungsweisen, wechselnde Kulturen, das Pflanzen von unkrautfreiem Saatgut, das routinemäßige Erkunden von Feldern, das Reinigen von Geräten zur Verringerung der Übertragung von Unkraut auf andere Felder und die Aufrechterhaltung von Feldgrenzen. Die am häufigsten angebauten gv-Pflanzen sind so konzipiert, dass sie Herbizide vertragen. Bis 2006 hatten sich einige Unkrautpopulationen entwickelt, um einige der gleichen Herbizide zu tolerieren. Palmer Amaranth ist ein Unkraut, das mit Baumwolle konkurriert. Sie stammt aus dem Südwesten der USA, reiste nach Osten und wurde 2006 erstmals als resistent gegen Glyphosat festgestellt, weniger als 10 Jahre nach der Einführung von gv-Baumwolle.

Pflanzenschutz

Landwirte verwenden im Allgemeinen weniger Insektizide, wenn sie Bt-resistente Pflanzen anbauen. Der Einsatz von Insektiziden auf Maisfarmen ging von 0,21 Pfund pro gepflanztem Acre im Jahr 1995 auf 0,02 Pfund im Jahr 2010 zurück. Dies steht im Einklang mit dem Rückgang der europäischen Maiszünslerpopulationen als direkte Folge von Bt-Mais und -Baumwolle. Die Einführung von Mindestanforderungen an die Zufluchtsstätte trug dazu bei, die Entwicklung der Bt-Resistenz zu verzögern. In einigen Gebieten scheint sich jedoch eine Resistenz gegen einige Bt-Merkmale zu entwickeln.

Bodenbearbeitung

Indem mindestens 30 % der Ernterückstände von der Ernte bis zur Aussaat auf der Bodenoberfläche belassen werden, reduziert die konservierende Bodenbearbeitung die Bodenerosion durch Wind und Wasser, erhöht die Wasserretention und reduziert die Bodendegradation sowie den Wasser- und Chemikalienabfluss. Darüber hinaus reduziert die schonende Bodenbearbeitung den CO2-Fußabdruck der Landwirtschaft. Eine Überprüfung aus dem Jahr 2014, die 12 Bundesstaaten von 1996 bis 2006 umfasste, ergab, dass ein Anstieg der Akzeptanz von herbizidtoleranten (HT) Sojabohnen um 1 % zu einem Anstieg der konservierenden Bodenbearbeitung um 0,21 % und zu einem Rückgang des qualitätsbereinigten Herbizideinsatzes um 0,3 % führt.

Verordnung

Die Regulierung der Gentechnik betrifft die Ansätze der Regierungen zur Bewertung und zum Management der mit der Entwicklung und Freisetzung gentechnisch veränderter Pflanzen verbundenen Risiken. Es gibt Unterschiede in der Regulierung von GV-Pflanzen zwischen den Ländern, wobei einige der deutlichsten Unterschiede zwischen den USA und Europa auftreten. Die Regulierung variiert in einem bestimmten Land abhängig von der beabsichtigten Verwendung jedes Produkts. Beispielsweise wird eine Kultur, die nicht für Lebensmittelzwecke bestimmt ist, von den für Lebensmittelsicherheit zuständigen Behörden im Allgemeinen nicht überprüft.

Produktion

Produktion von GV-Pflanzen in der Welt (ISAAA Brief 2019)
  Mehr als 10 Millionen Hektar
  Zwischen 50.000 und 10 Millionen Hektar
  Weniger als 50.000 Hektar
  Keine Biotech-Pflanzen

2013 wurden in 27 Ländern gentechnisch veränderte Pflanzen angebaut; 19 waren Entwicklungsländer und 8 waren Industrieländer. 2013 war das zweite Jahr, in dem die Entwicklungsländer einen Großteil (54 %) der gesamten GV-Ernte anbauten. 18 Millionen Bauern bauten gentechnisch veränderte Pflanzen an; Rund 90 % waren Kleinbauern in Entwicklungsländern.

Land 2013 – GV-Anbaufläche (Millionen Hektar) Biotech-Pflanzen
uns 70,1 Mais, Sojabohne, Baumwolle, Raps, Zuckerrübe, Luzerne, Papaya, Kürbis
Brasilien 40,3 Sojabohne, Mais, Baumwolle
Argentinien 24,4 Sojabohne, Mais, Baumwolle
Indien 11,0 Baumwolle
Kanada 10.8 Raps, Mais, Sojabohne, Zuckerrübe
Gesamt 175.2 ----

Das Landwirtschaftsministerium der Vereinigten Staaten (USDA) berichtet jedes Jahr über die Gesamtfläche der in den Vereinigten Staaten angebauten gv-Pflanzensorten. Nach Angaben des National Agricultural Statistics Service repräsentieren die in diesen Tabellen veröffentlichten Bundesstaaten 81–86 Prozent der gesamten Maisanbaufläche, 88–90 Prozent der gesamten Sojabohnenanbaufläche und 81–93 Prozent der gesamten Hochlandbaumwollanbaufläche (je nach Jahr). ).

Globale Schätzungen werden vom International Service for the Acquisition of Agri-Biotech Applications (ISAAA) erstellt und sind in ihren Jahresberichten "Global Status of Commercialized Transgenic Crops" zu finden.

Landwirte haben die GV-Technologie weitgehend übernommen (siehe Abbildung). Zwischen 1996 und 2013 hat sich die Gesamtfläche der mit gv-Pflanzen bebauten Fläche von 17.000 Quadratkilometern (4.200.000 Acres) auf 1.750.000 km 2 (432 Millionen Acres) verhundertfacht . 2010 wurden 10 % des weltweiten Ackerlandes mit gentechnisch veränderten Pflanzen angebaut. 2011 wurden 11 verschiedene transgene Pflanzen auf 160 Millionen Hektar in 29 Ländern wie den USA, Brasilien, Argentinien, Indien und Kanada kommerziell angebaut , China, Paraguay, Pakistan, Südafrika, Uruguay, Bolivien, Australien, Philippinen, Myanmar, Burkina Faso, Mexiko und Spanien. Einer der Hauptgründe für diese weit verbreitete Einführung ist der wahrgenommene wirtschaftliche Nutzen, den die Technologie den Landwirten bringt. Beispielsweise bot das System, Glyphosat-resistentes Saatgut zu pflanzen und Glyphosat nach dem Auflaufen der Pflanzen zu applizieren, den Landwirten die Möglichkeit, den Ertrag einer bestimmten Parzelle dramatisch zu steigern, da sie so Reihen enger aneinander pflanzen konnten. Ohne sie mussten die Landwirte Reihen weit genug auseinander pflanzen, um nachauflaufendes Unkraut mit mechanischer Bodenbearbeitung zu bekämpfen. Ebenso bedeutet die Verwendung von Bt-Saatgut, dass Landwirte keine Insektizide kaufen und dann Zeit, Kraftstoff und Ausrüstung in deren Anwendung investieren müssen. Kritiker haben jedoch bestritten, ob bei gv-Pflanzen die Erträge höher und der Chemikalieneinsatz geringer ist. Weitere Informationen finden Sie im Artikel zu Kontroversen über genetisch veränderte Lebensmittel .

Für gentechnisch veränderte Pflanzen genutzte Landfläche nach Ländern (1996–2009), in Millionen Hektar. Im Jahr 2011 betrug die genutzte Landfläche 160 Millionen Hektar oder 1,6 Millionen Quadratkilometer.

In den USA waren 2014 94 % der angebauten Sojabohnen-, 96 % der Baumwolle und 93 % des Mais gentechnisch veränderte Sorten. Gentechnisch veränderte Sojabohnen wiesen nur herbizidtolerante Merkmale auf, während Mais und Baumwolle sowohl Herbizidtoleranz- als auch Insektenschutzmerkmale aufwiesen (letztere hauptsächlich Bt-Protein). Diese stellen „Input-Merkmale“ dar, die darauf abzielen, den Erzeugern finanziell zu helfen, aber für die Verbraucher indirekte Umwelt- und Kostenvorteile haben können. Die Grocery Manufacturers of America schätzten 2003, dass 70-75% aller verarbeiteten Lebensmittel in den USA einen gentechnisch veränderten Inhaltsstoff enthielten.

Europa baut relativ wenige gentechnisch veränderte Pflanzen an, mit Ausnahme von Spanien, wo ein Fünftel des Maises gentechnisch verändert wird, und kleinere Mengen in fünf anderen Ländern. Die EU hatte von 1999 bis 2004 ein „de-facto“-Verbot der Zulassung neuer GV-Pflanzen. GV-Pflanzen werden nun von der EU reguliert. 2015 sind gentechnisch veränderte Pflanzen in 38 Ländern weltweit verboten, davon 19 in Europa. Im Jahr 2013 wurden in Entwicklungsländern 54 Prozent der gentechnisch veränderten Pflanzen angebaut.

In den letzten Jahren hat sich der Anbau von GV-Pflanzen in Entwicklungsländern rasant ausgebreitet . Im Jahr 2013 bauten rund 18 Millionen Landwirte 54 % der weltweiten GV-Pflanzen in Entwicklungsländern an. Die größte Zunahme im Jahr 2013 war in Brasilien zu verzeichnen (403.000 km 2 gegenüber 368.000 km 2 im Jahr 2012). GV-Baumwolle begann 2002 in Indien anzubauen und erreichte 2013 110.000 km 2 .

Laut dem ISAAA-Brief von 2013: "...seit 1994 haben insgesamt 36 Länder (35 + EU-28) behördliche Zulassungen für biotechnologische Pflanzen zur Verwendung als Lebens- und/oder Futtermittel und für die Freisetzung oder den Anbau in die Umwelt erteilt... insgesamt von 2.833 behördlichen Zulassungen mit 27 GV-Pflanzen und 336 GV-Ereignissen (Anmerkung: ein "Ereignis" ist eine spezifische genetische Veränderung bei einer bestimmten Art) wurden von Behörden erteilt, davon 1321 für die Lebensmittelverwendung (direkte Verwendung oder Verarbeitung), 918 für die Futtermittelverwendung (direkte Verwendung oder Verarbeitung) und 599 für die Freisetzung in die Umwelt oder den Anbau. Japan hat die größte Anzahl (198), gefolgt von den USA (165, ohne "Stacked"-Ereignisse), Kanada (146), Mexiko (131) , Südkorea (103), Australien (93), Neuseeland (83), Europäische Union (71 einschließlich abgelaufener oder im Erneuerungsprozess befindlicher Zulassungen), Philippinen (68), Taiwan (65), Kolumbien (59), China ( 55) und Südafrika (52), Mais hat die größte Anzahl (130 Veranstaltungen in 27 Ländern), gefolgt von Baumwolle (49 Veranstaltungen in 22 Ländern), Kartoffel ( 31 Veranstaltungen in 10 Ländern), Raps (30 Veranstaltungen in 12 Ländern) und Soja (27 Veranstaltungen in 26 Ländern).

Kontroverse

Die direkte Gentechnik ist seit ihrer Einführung umstritten. Die meisten, aber nicht alle Kontroversen drehen sich um gentechnisch veränderte Lebensmittel und nicht um Pflanzen an sich. GV-Lebensmittel sind Gegenstand von Protesten, Vandalismus, Referenden, Gesetzgebung, Gerichtsverfahren und wissenschaftlichen Auseinandersetzungen. An den Kontroversen sind Verbraucher, Biotechnologieunternehmen, staatliche Aufsichtsbehörden, Nichtregierungsorganisationen und Wissenschaftler beteiligt.

Gegner haben aus verschiedenen Gründen Einwände gegen GV-Pflanzen erhoben, darunter Umweltauswirkungen, Lebensmittelsicherheit, ob GV-Pflanzen benötigt werden, um den Nahrungsmittelbedarf zu decken, ob sie für Landwirte in Entwicklungsländern ausreichend zugänglich sind, Bedenken hinsichtlich der Unterwerfung von Nutzpflanzen unter das Recht des geistigen Eigentums und aus religiösen Gründen . Sekundäre Themen sind die Kennzeichnung, das Verhalten staatlicher Aufsichtsbehörden, die Auswirkungen des Pestizideinsatzes und die Pestizidtoleranz.

Ein erhebliches Umweltproblem bei der Verwendung gentechnisch veränderter Pflanzen ist die mögliche Kreuzung mit verwandten Pflanzen, die ihnen Vorteile gegenüber natürlich vorkommenden Sorten verschafft. Ein Beispiel ist eine Glyphosat-resistente Reispflanze, die sich mit einem krautigen Verwandten kreuzt, was dem Unkraut einen Wettbewerbsvorteil verschafft. Der transgene Hybrid hatte höhere Photosyntheseraten, mehr Triebe und Blüten und mehr Samen als die nicht-transgenen Hybriden. Dies zeigt die Möglichkeit von Ökosystemschäden durch die Verwendung von gv-Pflanzen.

Es besteht wissenschaftlicher Konsens darüber, dass derzeit verfügbare Lebensmittel aus GV-Pflanzen kein größeres Risiko für die menschliche Gesundheit darstellen als konventionelle Lebensmittel, dass jedoch jedes GV-Lebensmittel vor der Einführung von Fall zu Fall getestet werden muss. Dennoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass GV-Lebensmittel von der Öffentlichkeit als sicher wahrgenommen werden, von der Öffentlichkeit weitaus geringer als von Wissenschaftlern. Der rechtliche und regulatorische Status von GV-Lebensmitteln variiert von Land zu Land, wobei einige Nationen sie verbieten oder einschränken und andere sie mit sehr unterschiedlichen Regulierungsgraden zulassen.

In der menschlichen Bevölkerung wurden keine Berichte über schädliche Wirkungen von gentechnisch veränderten Lebensmitteln dokumentiert. Die Kennzeichnung von GV-Pflanzen ist in vielen Ländern vorgeschrieben, obwohl die US-amerikanische Food and Drug Administration nicht zwischen zugelassenen GV- und Nicht-GV-Lebensmitteln unterscheidet. Die Vereinigten Staaten haben ein Gesetz erlassen, das vorschreibt, dass bis Juli 2018 Kennzeichnungsvorschriften erlassen werden. Es erlaubt eine indirekte Offenlegung, z. B. mit einer Telefonnummer, einem Strichcode oder einer Website.

Interessengruppen wie das Center for Food Safety , die Union of Concerned Scientists , Greenpeace und der World Wildlife Fund behaupten, dass die Risiken im Zusammenhang mit gentechnisch veränderten Lebensmitteln nicht angemessen untersucht und bewältigt wurden, dass gentechnisch veränderte Pflanzen nicht ausreichend getestet wurden und gekennzeichnet werden sollten und dass regulatorische Behörden und wissenschaftliche Einrichtungen sind zu eng mit der Industrie verbunden. Einige Studien haben behauptet, dass gentechnisch veränderte Pflanzen Schaden anrichten können; Eine Überprüfung aus dem Jahr 2016, in der die Daten aus sechs dieser Studien erneut analysiert wurden, stellte fest, dass ihre statistischen Methoden fehlerhaft waren und keinen Schaden aufwiesen, und sagte, dass Schlussfolgerungen über die Sicherheit von GV-Pflanzen aus „der Gesamtheit der Beweise … holte Beweise aus einzelnen Studien".

Anmerkungen

Verweise

Externe Links