211service.com
Rijst opnieuw uitvinden voor een door klimaatverandering getransformeerde wereld
Plantgeneticus Pamela Ronald van UC Davis wil rijstvariëteiten creëren die kunnen overleven in zwaardere omstandigheden, waaronder frequentere droogtes. 4 mei 2017
Molly Matalon
Pamela Ronald staat voor twee rijen rijstplanten, ontspruitend uit zwarte plastic potten, in een verstikkende kas aan de rand van de campus van de University of California, Davis.
Onderzoekers in Ronalds plantengenetica-lab lieten de grassen meer dan een week lang uithongeren. Degene aan de rechterkant, de controle in het lopende experiment, vergelen en bezwijken. De bladeren van de aangrenzende planten, voorzien van een toegevoegd gen, zijn dik, hoog en groen.
De hoop is dat deze of soortgelijke genetische veranderingen rijst en andere gewassen kunnen helpen om verwoestende droogtes te overleven en voedseltekorten in enkele van de armste delen van de wereld te voorkomen. Ronald, een slanke wetenschapper met kort bruin haar, glimlacht als ze naar de eerste resultaten kijkt.
Ze heeft de afgelopen drie decennia gewerkt aan het maken van rijst, een basisvoedsel voor meer dan de helft van de wereldbevolking, en beter bestand tegen omgevingsstress. Ze speelde een centrale rol in een van de grootste recente succesverhalen in plantengenetica, door een gen te isoleren waarmee rijst langere perioden van overstromingen kan overleven. Het is een enorme uitdaging in laaggelegen delen van Azië, waarbij alleen al in India en Bangladesh jaarlijks zo'n vier miljoen ton rijst wordt vernietigd. Een decennium na de ontdekking van haar laboratorium verbouwen meer dan vijf miljoen boeren rijstvariëteiten die zijn ontwikkeld met het zogenaamde Sub1-gen, en beslaan ze meer dan twee miljoen hectare in Azië.
Het laatste onderzoek zou zelfs nog belangrijker kunnen zijn, aangezien klimaatverandering de frequentie en intensiteit van droogtes over grote delen van de aarde verhoogt en de voedselzekerheid en stabiliteit van hele naties bedreigt. Het aantal extreme droogtes kan dubbele tegen het einde van de eeuw, verwoestende velden en boeren in heel Zuid-Azië en sub-Sahara Afrika .
Ronalds werk biedt een krachtig statement voor het potentieel van moderne genetische hulpmiddelen om levensonderhoud en levens te behouden, en biedt een tegenverhaal voor de wijdverbreide angsten en verstoringen rond genetisch gemodificeerde gewassen (zie Waarom we genetisch gemodificeerd voedsel nodig zullen hebben). Deze focus op genen in ons voedsel leidt af van de echt, echt belangrijke zaken, zegt ze. Hoe kunnen we het gebruik van giftige inputs verminderen? Hoe kunnen we de armen en ondervoeden voeden? Hoe weten we zeker dat boeren toegang hebben tot zaden en dat consumenten het geproduceerde voedsel kunnen betalen?
Pamela Ronald gaat aan de slag met een rijstplant.
Berg bloemen
Ronald groeide op in San Mateo, Californië. Haar moeder was een getalenteerde tuinier en kok. Haar vader was een zakenman die als kind nazi-Duitsland ontvluchtte.
Jaren nadat hij in Californië was aangekomen, bouwde hij een hut van 500 vierkante meter in het zuiden van Lake Tahoe, waar het gezin zomervakanties doorbracht. Op een hete dag, toen ze een jaar of 15 was, wandelden Ronald en haar broers over een steil pad de High Sierra in. Bij het zadel kwamen ze toevallig een stel tegen dat over een boek zweefde. Ze waren een paar professionele botanici die bloemen catalogiseerden. Ze had een genegenheid voor planten ontwikkeld vanaf de tijd dat ze met haar moeder in de tuin en de keuken doorbracht, maar dit was de eerste keer dat ze besefte dat je ermee kon leven.
Eind jaren 80, tijdens haar promotietraject aan UC Berkeley, ging Ronald aan de slag met paprika en tomaten. Maar toen ze aan haar postdoctorale werk begon, besloot ze haar focus te verleggen naar rijst, in het besef dat zelfs een kleine vooruitgang in stresstolerantie voor zo'n kritiek gewas veel mensen zou kunnen helpen. Tomaten en paprika's zijn belangrijk voor salades, maar ik wilde aan het avondeten werken, zegt ze. Ik wilde werken aan een basisvoedselgewas, ik wilde naar iets belangrijkers gaan.
Ronald kwam in 1992 aan bij UC Davis als assistent-professor. Haar kleine, vierkante kantoor draagt tekenen van het werk dat ze sindsdien heeft gedaan, waaronder Aziatische wandtapijten, illustraties en omslagen van tijdschriftartikelen, en geordende exemplaren van ' De tafel van morgen: biologische landbouw, genetica en de toekomst van voedsel, ' het boek uit 2008 dat ze samen schreef met haar man, Raoul Adamchak, die biologische landbouw doceert bij UC Davis .
Ronalds werk aan overstromingsbestendige rijst begon halverwege de jaren negentig, als een door het Amerikaanse ministerie van landbouw gefinancierde samenwerking met collega's van UC Davis. In de loop van een decennium heeft het team het Sub1-gen gelokaliseerd en geïsoleerd in een oude maar impopulaire Indiase rijstvariëteit, bekend als landras, waardoor het kan overleven, zelfs als het meer dan twee weken onder water heeft gestaan. Sindsdien heeft het in de Filippijnen gevestigde International Rice Research Institute, gesteund door meer dan $ 70 miljoen aan financiering van de Bill and Melinda Gates Foundation, dat gen veredeld in 10 populaire Aziatische rijstvariëteiten. Op haar beurt gaf de non-profitorganisatie de zaden in handen van boeren in India, Bangladesh, Indonesië, Nepal en andere landen.
Rijst is een moeilijk te telen gewas, het vereist veel werk en veel water. Te veel in één keer doodt het, maar te weinig ook. Het duurt slechts een week zonder regen om de opbrengsten in heuvelachtige rijstgebieden aanzienlijk te verminderen.
De uitdagingen van de rijstproductie zullen in veel gebieden alleen maar groter worden, aangezien klimaatverandering de temperatuur verhoogt, de regenval op bepaalde plaatsen vermindert en op andere plaatsen de overstromingen of de zeespiegelstijging doet toenemen.
In een scenario met een hoge uitstoot van broeikasgassen zouden de rijstopbrengsten bijna 15 procent lager zijn dan verwacht tegen het midden van de eeuw, en zouden de prijzen 30 procent hoger zijn, volgens een verslag 2015 in milieuonderzoekbrieven.
Veranderende landbouwpraktijken en het bemestende effect van verhoogde kooldioxide zouden sommige van deze klimaateffecten kunnen compenseren. Maar het zal veel moeilijker en duurder worden om de opbrengsten in veel gebieden op peil te houden, en rijke landen zullen veel meer mogelijkheden hebben dan arme om de noodzakelijke veranderingen door te voeren, zegt Keith Wiebe, senior research fellow bij het International Food Policy Research Institute.
Gewassen die zijn aangepast om zwaardere omgevingsomstandigheden te overleven, zullen een cruciaal hulpmiddel zijn om kleine boeren te helpen die in de meer tropische omgevingen produceren, die het meest worden blootgesteld aan klimaatschokken, zegt Alain de Janvry, een econoom van UC Berkeley.
Het werk in het lab van Ronald aan droogtetolerante rijstrassen bevindt zich in een vroege fase. Ze weigert details te bespreken, inclusief de basisaanpak, totdat ze aanvullende experimenten hebben uitgevoerd om de eerste resultaten te verifiëren en hun bevindingen te publiceren.
andere wetenschappers rond de wereld racen ook om droogteresistente gewassen te ontwikkelen en hebben al een aantal vorderingen gemaakt, waaronder: sprays , hybriden , en genetische veranderingen die gewassen helpen om over te schakelen naar waterbesparende modi bij eerdere tekenen van problemen, of anderszins planten in staat stellen rond te komen met minder vocht.
Maar er zijn grotere vorderingen nodig om de groeiende uitdagingen die voor ons liggen het hoofd te bieden, en droogtetolerantie is een lastig probleem. De eigenschap omvat over het algemeen verschillende genen en cellulaire communicatieroutes. Het is van cruciaal belang dat eventuele verbeteringen niet ten koste gaan van opbrengst, smaak en andere kwaliteiten die belangrijk zijn voor boeren en consumenten. En er lijken harde grenzen te zijn aan hoeveel ooit kan worden bereikt, omdat alle planten water nodig hebben.
Bewolkt
Op een bewolkte zaterdag eind april stond Ronald op het podium op een stenen plein aan de rand van de Baai van San Francisco en sprak hij de met borden zwaaiende menigte toe die zich verzamelde voor de March for Science. Wetenschap is gebaseerd op gegevens, niet op alternatieve feiten, zei ze, terwijl ze aan het einde van de meeste zinnen even pauzeerde voor applaus. Wetenschap is geen buffet waar mensen de onderdelen kunnen kiezen die ze leuk vinden, en de rest weggooien.
Maar mensen doen dat natuurlijk wel. De zwakste applausregel van haar toespraak voor de menigte, die grotendeels bijeenkwam om te protesteren tegen de ontkenning van klimaatwetenschap door de regering-Trump, was toen ze zei dat de wetenschap het fruit, de groenten en de noten van Californië had verbeterd. Met andere woorden, toen ze even de tijd nam om een veld te erkennen dat zou kunnen helpen bij het aanpakken van enkele van de problemen die voortvloeien uit een veranderend klimaat. Het was typisch Ronald, vastbesloten om te beweren waar de wetenschap volgens haar toe leidt, ongeacht het publiek. Genetisch gemodificeerde gewassen zijn ongelooflijk controversieel geworden en worden algemeen afgeschilderd als roekeloze pogingen om te sleutelen aan Moeder Natuur ten behoeve van zaadconglomeraten. Maar Ronald stelt dat de wetenschap aantoont dat ze zowel veilig als heilzaam zijn geweest. Ze publiekelijk sparred met de Union of Concerned Scientists over deze kwesties, suggereerde Greenpeace dat gegevens verkeerd interpreteren , en bekritiseerde de GGO-etiketteringswetten van Vermont op deze pagina's (zie How Scare Tactics on GGO-voedingsmiddelen iedereen pijn doen). Het op zich nemen van de rol van publiek gezicht voor het veld heeft natuurlijk haar critici verdiend. GMOWatch noemde haar een GGO-propagandist en genoot ervan te benadrukken dat haar lab in 2013 een paar papieren introk vanwege verkeerd gelabelde bacteriestammen en een foutieve test. (anderen) geprezen het lab voor het ontdekken van hun eigen fout, en pijn doen om het record te corrigeren.)
De grootste zorgen over GGO's richten zich op transgene planten, zoals sojabonen of maïs die zijn gemanipuleerd met een vreemd bacterieel gen dat het gebruik van Monsanto's mogelijk maakte Naar boven afronden herbicide.
Verwant verhaal
Lees volgende Klimaatverandering zal het steeds moeilijker maken om de wereld voeden. Biotech-gewassen zullen een essentiële rol bij het verzekeren dat er genoeg te eten is. Maar Ronalds onderzoek benadrukt de bredere definitie en belofte van genetische veranderingen. Sub1-rijst omzeilde elke anti-GGO-terugslag omdat, hoewel het de hulpmiddelen van moderne genetica nodig had om het gen te isoleren en tot expressie te brengen, het geen niet-rijst-DNA met zich meedraagt. De eigenschap van de ene rijstvariëteit werd toegevoegd aan andere door moderne veredelingsmethoden, versneld door het DNA van nakomelingen te analyseren om valse paden te vermijden.
Ronald merkt op dat elk belangrijk voedselgewas op de een of andere manier door mensenhanden is veranderd. En enkele van de belangrijkste vorderingen in de toekomst, om de opbrengst, voeding, milieutolerantie of biobrandstoffen te verbeteren, zijn misschien alleen mogelijk met steeds krachtigere technologieën voor het bewerken van genen, zoals TALEN's en CRISPR.
Wat voor wetgevers, regelgevers of critici van belang zou moeten zijn, is niet welk instrument uit de steeds verder voortschrijdende genetische gereedschapskist is gehaald, maar of het een positieve of negatieve impact had op de menselijke gezondheid of het milieu. Op dit moment hebben we een trackrecord van vier decennia op het gebied van genetische manipulatie in planten, medicijnen en kaas, zonder enig bewijs van schade, zegt Ronald.
Het gevaar is dat ongegronde angsten ten koste kunnen gaan van het verlichten van echt menselijk lijden, als verkeerde regelgeving de wetenschap afremt, of protesten zaden en gewassen voorkomen van het bereiken van de boeren en consumenten die ze het meest nodig hebben. Voor Ronald zou het echte doel duurzaamheid in de breedste zin van het woord moeten zijn, waarbij elke combinatie van veredeling, biologische landbouw of genetische technologie ons helpt een groeiende bevolking te voeden zonder hogere milieukosten te eisen.
We moeten beleid maken op basis van bewijs, en op basis van een breder begrip van landbouw, zegt Ronald. Er zijn echte uitdagingen voor boeren, en we moeten eensgezind zijn in het gebruik van alle geschikte technologieën om deze uitdagingen aan te gaan.