Tre akademiska experter, inklusive Richard E. Goodman från Food Allergy Research and Resource Program, belyser att besegra potatis i sen södra Sahara, som börjar med en kort introduktion till grödan i fråga
Potatis har odlats i Sydamerika i över 7,000 år. Spanska upptäcktsresande förde dem till Europa på 16-talet där det tog nästan två århundraden att bli en allmänt odlad basfoder. Idag rankas den tredje efter ris och vete. Spuds introducerades i Afrika på 18-talet. Nu i Afrika söder om Sahara (SSA) odlas potatis på 1.7 miljoner hektar i 14 länder i mitten till höga höjder. Den odlas av cirka 7 miljoner jordbrukare för mat och inkomst. Det ger en högre mängd kolhydrater och protein per ha jämfört med spannmål och är en bra källa till vitamin C, B12, kalium och fibrer.
Effekten av senblodsjukdom (LBD) på potatisproduktionen
Phytophthora infestans är en vattenform (Oomycetes) som smittar spuds och tomater. Det orsakade den irländska hungersnöd som dödade mer än en miljon människor från 1845 till 1849 och ledde ytterligare två miljoner att emigrera. Infektion av spuds orsakar vissnande av bladen och så småningom hela växten medan knölarna ruttnar efter lagring. LBD är fortfarande det största hotet mot spudsproduktion globalt med en produktionsminskning på 15-30%. Med en genomsnittlig kostnad för fungicid per ha på $ 100 och ett genomsnittligt pris på $ 150 / ton spuds beräknas den årliga kostnaden för LBD vara 500 till 800 miljoner dollar för de 14 potatisproducerande länderna i SSA.
Uppfödning för motstånd mot senblod i potatis
Avel för resistens har överfört resistenta R-gener från vilda släktingar till matkvalitetsspuddar. Eftersom potatis är en tetraploid och mycket heterozygot, är det dock praktiskt taget omöjligt att kombinera flera R-gener från vilda släktingar genom traditionell avel samtidigt som man behåller alla kvaliteter hos en elitesort. Det tog 45 år att överföra en enda R-resistensgen från Solanum bulbocastanum till en modern sort genom konventionell avel.
Genetisk transformationsteknik under de senaste 30 åren ger en mer direkt överföringsmekanism till befintliga elitsorter som saknar motstånd mot LBD. 3R-potatisen utvecklades av International Potato Center (CIP) genom att överföra tre R-gener som valts för deras förmåga att känna igen ett brett spektrum av stammar av P. infestans till jordbrukarnas föredragna sorter som saknar resistens mot LBD.
Begränsade fältförsök genomfördes av National Agriculture Research Organization (NARO) med CIP-samarbete i Uganda sedan 2015 under fullständig efterlevnad av National Biosafety Committee (NBC). Upp till 15 transgena händelser testades från två sorter vid det viktigaste forskningsinstitutet för spuds i sydvästra Uganda. Anmärkningsvärt växte alla 3R-potatentransgena händelser utan att påverkas av LBD utan fungicider medan de icke-transgena varianterna förstördes. Två transgena händelser från den framträdande ugandiska sorten Victoria odlades på tre platser och resulterade i fullständig kontroll av sjukdomen på alla platser. De 3R Victoria-transgena händelserna har odlats framgångsrikt utan fungicider i mer än ett dussin fältförsök under de senaste fem åren.
3R-potatis har utvecklats och testats i fält under det senaste decenniet i en mängd olika miljöer i Nederländerna, Belgien, Irland, Storbritannien, Sverige, USA, Indonesien och Bangladesh. På alla platser odlades de transgena potatisarna utan fungicider och gav mycket bra utan negativ påverkan på miljön.
Stabiliteten hos resistens mot LBD förväntas vara långvarig eftersom ytterligare resistensgener finns tillgängliga (Vleeshouwers et al., 2011). Rotationen av transgena sorter med olika uppsättningar av resistensgener säkerställer långvarig resistens mot LBD.
Säkerheten för 3R Victoria för människors hälsa
Säkerheten för många R-gener har demonstrerats genom konsumtion av vanliga naturliga potatisvarianter, men inte på ett systematiskt sätt.
De tillhör en stor genfamilj med minst 3,000 medlemmar i varje spudsvariant för att ge resistens och immunitet mot ett stort antal skadedjur och patogener (Jupe et al., 2013). De tre R-generna i Victoria valdes från omodifierade DNA-fragment av vild Solanum bulbocastanum och Solanum venturii, samma som dessa uppfödare kunde introducera genom korsning (Ghislain et al., 2019).
Generna som kodar R-proteiner är inducerbara lokalt genom närvaron av patogenen och R-proteinerna uttrycks i potatisknölar i koncentrationer under detekterbara nivåer (Habig et al., 2018). R-proteinerna är inte toxiner som direkt dödar patogener. De orsakar en lokal reaktion i potatis, orsakar potatisceller död, berövar patogenen näringsämnen. Potentiell allergenicitet och toxicitet hos dessa proteiner utvärderades genom att jämföra deras aminosyrasekvenser med kända allergener och toxiner med hjälp av beprövade metoder och resultat indikerar inget behov av ytterligare testning (Goodman et al., 2008)
Den nptII-selekterbara markörgenen introducerades med 3R-genstacken och som i andra frisatta transgena grödor är koncentrationen av NPTII-protein mycket låg. Det har också en historia av säker användning med 122 transgena sorter som är godkända för odling, mat eller foder (EFSA 2009; Nicolai et al. 2014; http://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase/default.asp, öppnades 7 juli 2019). Knölprover från de transgena spuddarna och den icke-transgena sorten (föräldralinjen) analyserades med avseende på de väsentliga fem komponenter som rekommenderas av OECD. Fukt, sockerarter (särskilt reducerande sockerarter), C-vitamin, aska, protein och glykalkaloidinnehåll var mestadels identiska och alla värden var inom det intervall som rapporterats i litteraturen för potatisknölar (OECD 2015; AFSI 2019).
Miljösäkerhet för transgena potatisar med LBD-resistens
Det finns ingen trolig riskhypotes för miljöskador från 3R Victoria-händelsen. Fältstudier av andra transgena spuddar som uttrycker R-proteiner har inte visat skillnader i överflöd av artropoder jämfört med konventionella potatislinjer på två platser under två säsonger (van der Voet et al., 2019).
Liknande fältstudier som utförts med 3R Victoria-potatisen av NARO och CIP under de senaste fem åren i Uganda har bekräftat frånvaron av effekter på icke-målorganismer (NTO). Vi observerade vanligtvis ovan markorganismer som leddjur, utan någon uppenbar minskning i överflöd. Det fanns inga statistiskt signifikanta skillnader mellan tomter med 3R Victoria och de med Victoria och de med Victoria för vitflugor, bladminflugor, skalbaggar, bladlöss, röda myror och spindlar som var den enda NTO som observerades i fälten. Även om de fortfarande är begränsade bekräftar våra iakttagelser att 3R Victoria inte utgör någon miljöfara.
Etiken med att godkänna LBD-resistent potatis
Jordbrukare använder för närvarande fungicider för att kontrollera LBD och delvis resistenta potatisorter med begränsad framgång. Fungicider, inklusive organiskt certifierade kopparbaserade fungicider, har en viss negativ inverkan på miljön, i synnerhet markens ekosystem. 3R Victoria-potatisen erbjuder fördelar med ingen miljöstörning samtidigt som energi- och resurskostnaderna behövs för LBD-kontroll.
I SSA är kostnaden för LBD svår där gårdar vanligtvis bara är en fjärdedel av en hektar och förluster på 30-60% är vanliga. I Uganda uppskattade vi fördelarna med att 3R Victoria infördes av småbrukarna för att öka vinsten med minst 40%. 3R-potatisen är också fördelaktig när det gäller minskning av fungicidanvändning och koldioxidutsläpp (Haverkort et al., 2008; Kessel et al., 2018).
3R Victoria-potatisen är därför en enorm värdeökning för hållbarheten av spudsproduktion, livsmedelssäkerhet, inkomstgenerering och miljöskydd. Bred användning av 3R-potatisvarianter kommer att bidra till både Afrika och USA när det gäller målen för hållbar utveckling och klimatförändringar. Att försena antagandet av potatisbönder kommer att orsaka fortsatt användning av bekämpningsmedel och produktionsförluster som drabbar de mest utsatta jordbrukarna och konsumenterna.
Kommersialisering av 3R-potatis efter godkännande
3R Victoria-potatisen är för närvarande i fältprov för godkännande av lagstiftning i SSA. När det väl är godkänt krävs god förvaltningspraxis för att säkerställa kvalitetsfrön är tillgängliga för jordbrukare. Eftersom 3R-potatisen helt producerades av offentliga forskningsorganisationer, finns det inget behov av betalning av tekniska avgifter. Det kommer dock att finnas ett behov av att fortsätta utveckla och underhålla högkvalitativa spudsorter för att bibehålla motståndskraften mot nya stammar av Phytophthora infestans. Om vi gör det kommer vi så småningom att besegra LBD och dess dramatiska konsekvenser för den bräckliga ekonomin hos småbrukare i SSA.