Tulevaisuudenkestävät viljelykasvit: Voiko geenimuokkauksella ratkaista ruokaturvan ongelmat?

Parempaa maataloutta tarvitaan

Sivilisaatiomme kohdatessa kasvavan väestönkasvun ja ilmaston epävakauden yhdistelmän, ruokaturvan kysymys nousee jälleen tärkeiden ratkaistavien kysymysten eturintamaan. Tätä riskiä lisäävät monet muut ongelmat, kuten jatkuvat luonnon monimuotoisuuden vahingoittuminen ja lajien sukupuutto, saastuminen, hedelmällisen maaperän eroosio, viljelysmaiden kaupungistuminen jne., mikä tekee asiasta entistä arkaluontoisemman.

Tämän seurauksena agronomeihin ja kasvitieteilijöihin kohdistuu valtava paine tarjota ratkaisuja, jotka ihanteellisessa tapauksessa onnistuisivat samanaikaisesti sitomaan hiiltä, ​​lisäämään ruoantuotantoa ja vähentämään viljelysmaiden vaikutusta.

"Jos emme saa tätä oikein, en oikeastaan ​​usko, että millään muulla on oikeasti, oikeasti väliä"

Yhdysvaltain ulkoministeri Anthony Blinken Global Solutions for Food Security -tapahtumassa New Yorkissa syyskuussa 2023

Yksi lupaavimmista työkaluista on geenitekniikka, mutta sen painopiste on erilainen kuin aiempien viljelykasvien geenimuokkauksessa. Vaikka aiemmin on keskitytty korkeampien satojen saavuttamiseen hinnalla millä hyvänsä ja samanaikaisesti suurten kemikaalien kanssa, kehittyneemmillä menetelmillä voitaisiin yhdistää korkeampi tuotanto ja kestävämmät tulokset.

Tämän argumentin kehitti Stephen Long, Illinoisin Urbana-Champaignin yliopiston kasvitieteiden ja kasvibiologian professori, julkaisussa¹ otsikolla "Tulevaisuudenkestävien viljelykasvien tarpeet ja mahdollisuudet sekä viljelyjärjestelmien käyttö ilmakehän muutosten lieventämiseksi".

Muuttuva planeetta

Synkkä kuva?

Ennen kuin keskustelemme sopeutumisesta, meidän on ymmärrettävä, mikä muuttuu, ja tilanne on äärimmäisen monimutkainen. Ilmaston lämpenemisen odotetaan paitsi muuttavan keskimääräisiä olosuhteita, tehden joistakin alueista hedelmällisempiä ja toisista vähemmän, myös lisäävän äärimmäisten tapahtumien esiintymistiheyttä ja vakavuutta.

Tähän sisältyvät äärimmäiset lämpötilat, kuivuus, tulvat ja pinnan otsonitasot, jotka kaikki voivat vaikuttaa dramaattisesti satoon, jopa enemmän kuin keskimääräisten olosuhteiden yleinen muutos, johon pelkkä viljelymenetelmien muutos voi riittää.

Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus nousi 2 ppm:ään vuonna 427, ja sen ennustetaan olevan noin 2024 ppm vuosina 600–2050. Tällaisessa skenaariossa maapallon keskilämpötila voisi nousta vielä 2060 °C vuoteen 1.2–2050 mennessä, jopa 60 °C esiteolliseen aikaan verrattuna.

Ruoan osalta maailma tarvitsee 35–56 prosenttia enemmän ruokaa vuoteen 2050 mennessä, koska kulutus henkeä kohti kasvaa, väestö kasvaa ja ruokahävikki lisääntyy ihmisten muuttaessa kaupunkeihin.

Yhdessä äärimmäisten tapahtumien ja ilmastonmuutosten odotettavissa olevien satotappioiden kanssa tämä tarkoittaa karkeasti ottaen sitä, että maailmanlaajuinen ruoantuotanto on lähes kaksinkertaistettava vuoteen 2050 mennessä.

Ei kaikki huonot uutiset

Ilmastonmuutoksen taustalla olevalla nousevalla hiilidioksidilla on kuitenkin positiivinen vaikutus: se stimuloi kasvien kasvua. Itse asiassa lisääntyneitä hiilidioksidipitoisuuksia käytetään rutiininomaisesti kasvihuoneissa satojen lisäämiseksi.

"Nykyaikaisten riisin ja soijapavun eliittilajikkeiden sato kasvaa noin 30 % CO2-pitoisuuden noustessa ennustetulle vuosien 2050–60 tasolle."

C4-kasvit – maissi ja durra – eivät osoita sadon kasvua, koska ne ovat jo CO2-kyllästyneitä nykyisillä korkeilla tasoilla.

Tämä pätee erityisesti C3-aineenvaihduntaa käyttäviin kasveihin, joihin kuuluvat useimmat ei-trooppiset viljelykasvit ja jotka muodostavat suuren osan maailman pääkasveista (C4-kasveilla on erilainen aineenvaihdunta, joka tiivistää CO2:ta lehteen ennen fotosynteesiä, joten on järkevää, että ympäröivän ilman CO02-pitoisuudet ovat niille vähemmän merkityksellisiä).

Lähde: GforG

Toinen hyvä uutinen on, että satojen kaksinkertaistaminen ei ole ainoastaan ​​mahdollista, vaan se on jo tehty, ainakin joidenkin tiettyjen viljelykasvien kohdalla.

Esimerkiksi maatalousyritysten massiiviset tutkimus- ja kehitysinvestoinnit ovat jo kaksinkertaistaneet maissisadon, kun taas muut peruskasvit, kuten riisi, vehnä, perunat ja durra (tärkeä Afrikassa ja trooppisilla alueilla), ovat jääneet jälkeen.

Lähde: Royal Society Publishing

Maatalouden ongelmien ratkaiseminen

Matalan korkeuden otsoni

Troposfäärin otsoni (O3) on toissijainen epäpuhtaus, jota muodostuu auringonvalon vaikutuksesta saastuneiden ilmamassojen haihtuviin orgaanisiin yhdisteisiin ja typen oksideihin.

Nykyään yli 100 ppb:n pitoisuuksia voi usein havaita Yhdysvaltojen maissivyöhykkeen maaseutualueilla, ja Kiinan ja Intian tärkeimmillä viljelyalueilla pitoisuudet ovat huomattavasti korkeampia.

”Otsoni aiheuttaa jo nyt 5 %:n ja noin 10 %:n tappioita soijapavuille ja noin 9 %:n tappioita maissille Yhdysvalloissa, mikä maksaa noin 10 miljardia dollaria vuodessa. Yhteensä tämä voi johtaa jopa XNUMX %:n menetykseen maailmanlaajuisesti.”

Kasvin anatomian, erityisesti ilmarakojen (lehtien läpi kulkevien ilmarakojen) geneettinen muokkaaminen voi vähentää otsonin läpäisyä ja vaurioita. CO2-pitoisuuden kasvaessa vähemmän avointen ilmarakojen ei pitäisi vaikuttaa merkittävästi fotosynteesin tehokkuuteen.

Lähde: Tiedetiedot

Antioksidanttien tuotannon tehostaminen kasvissa voisi myös auttaa vähentämään otsonimolekyylien hapettumista ja parantamaan kasvin yleistä stressinsietokykyä.

Kuivuus ja vedenkäyttö

Korkeampien lämpötilojen ja äärimmäisempien sääolosuhteiden odotetaan liittyvän lisääntyvään vesipulaan.

Vuoteen 2050 mennessä maissin maailmanlaajuisten satotappioiden ennustetaan nousevan 21.3 prosenttiin aiemmasta 12.0 prosentin keskiarvosta vuosina 1961–2006 ja vehnän osalta 9.6 prosentista 15.5 prosenttiin.

Kuivuudesta kärsivien alueiden osuus kasvaa eniten Afrikassa ja Oseaniassa, nykyisestä 22 prosentista ja 15 prosentista 59 prosenttiin ja 58 prosenttiin vuosisadan loppuun mennessä.

Myös tässä tapauksessa ilmarakojen pienempi avautuminen voisi auttaa vähentämään kasvien vedentarvetta ja vähentämään stressiä kuivuuden aikana.

”Tuloksena oli 15 prosentin parannus pellolla kasvatetun tupakan lehtitason vedenkäytön tehokkuudessa ja 30 prosentin vähennys koko kasvin vedenkäytössä. Koska tupakkaa voidaan geneettisesti muokata nopeasti, sitä käytetään usein testialustana tutkittaessa muutoksia, joita voidaan käyttää monissa muissa kasveissa.”

Geenitekniikka, kuten käyttöönotto Bacillus subtilis Kylmäsokkiproteiini B:n (cspB) lisääminen kasviin voi parantaa kuivuudenkestävyyttä, mutta sitä ei ole vielä käännetty kaupallisiin sovelluksiin.

Hiilensidonnan tehostaminen

Viime kädessä kasvit ovat koneita, jotka muuttavat veden, hiilidioksidin ja auringonvalon orgaaniseksi aineeksi. Vain 2 % viljelykasvien biomassasta korjataan, ja loput jäävät jäljelle varsien tai juurien muodossa.

Jos tämä orgaaninen aines pysyisi maaperässä sen sijaan, että se hajoaisi muutamassa vuodessa, se lisäisi maanpäällisen hiilinielujen nettomäärää 50 prosentilla.

Syvemmälle juurtuminen yhdistettynä suorakylvöviljelymenetelmiin saattaa olla ratkaisu. Useat mekanismit aktivoituvat kerralla, kun vahvempia juuristoja muokataan joko geenimanipulaation tai erityisten jalostusohjelmien avulla:

• Maaperän laadun ja sen vedenpidätyskyvyn parantaminen.
• Parantaa kasvin kuivuudenkestävyyttä ja pitää hiilensidontakyvyn korkeampana koko ajan.

Soluseinän koostumuksen muuttaminen lisäämällä ligniiniä ja pidempiä hiilimolekyylejä voisi myös tehdä syntyvästä kuolleesta orgaanisesta aineesta paljon kestävämpää hajoamiselle, jolloin hiili sitoutuisi maan alle vuosikymmeniksi tai jopa vuosisadoiksi ja pidemmäksi aikaa.

Lopuksi voitaisiin omaksua vieläkin proaktiivisempi lähestymistapa, jonka tavoitteena olisi suoraan "viljellä" ja sitoa hiiltä teollisessa mittakaavassa. Tutkijat ovat tunnistaneet tuottoisia C4-monivuotisia heiniä, kuten Miscanthus × giganteus tai rautaheinä (Panicum virgatum) ja preeriaheinä (Spartina pectinata), joka voi sitoa jopa 130 tonnia hiilidioksidia hehtaaria kohden vuodessa, tai joillakin lajikkeilla jopa enemmän.

BECCS:n (bioenergia hiilen talteenotolla ja varastoinnilla) avulla tätä biomassaa voitaisiin polttaa sähkön tuottamiseksi, ja syntyvä hiilidioksidi kerätään talteen ja siirretään syvälle maanalaiseen varastoon.

Lähde: Penn State University

Asianmukaisten säännösten laatiminen

Ristiriitojen navigointi

Ongelmana tällaisten muunneltujen viljelykasvien massamittaisessa käyttöönotossa, jotka kykenevät joko lisäämään satoa ilmastonmuutoksen edessä tai jopa osaltaan hillitsemään sitä, on se, että se varmasti edellyttää GMO-viljelykasvien käyttöä.

Tässä yhteydessä tärkeimpien alueiden haluttomuus käyttää tällaisia ​​viljelykasveja voi olla suuri este bioteknologiaan perustuville ratkaisuille ilmastonmuutokseen ja ruoan niukkuuteen.

Tämä pätee erityisesti EU:hun, joka usein kieltää GMO-viljelykasvit kokonaan. Mutta myös muut alueet kieltävät GMO:t kokonaan luomumerkeistä, vaikka niillä on tiukat tavoitteet lisätä luomumerkinnän piiriin kuuluvan maatalouden osuutta.

Nykyisessä lainsäädäntöympäristössä ympäristön suojeleminen luomuviljelyn lisäämisellä voisi siis tarkoittaa ympäristön vahingoittamista menettämällä parempia satoja ja lisäämällä hiilidioksidin talteenottoa.

Tästä aiheesta kirjoitettiin arvostetussa tiedelehdessä Cell.² otsikolla "Uudet genomitekniikat luomutuotannossa: Huomioita tieteeseen perustuvasta, tehokkaasta ja hyväksyttävästä EU-sääntelystä".

CRISPR ja muut uudet genomitekniikat (NGT)

Keskeinen kysymys on erottaa uudet genomitekniikat (NGT) vanhemmista, raaemmista menetelmistä, joita aiemmin käytettiin GMO:iden luomiseen.

Tämä paljon kontrolloidumpi ja tarkempi geenitekniikan menetelmä sisältää CRISPR-Cas9:n, kohdennetun nukleaasitekniikan (SDN), oligonukleotidiohjatun mutageneesi (ODM) ja RNA-riippuvaisen DNA-metylaation (RdDm).

Toisin kuin vieraan geenin lisääminen kasviin, NGT voi joko luoda kohdennetun mutaation, joka olisi voinut tapahtua luonnollisesti, tai lisätä materiaalia kasvista, joka olisi voinut luonnollisesti risteytyä kohdekasvin kanssa.

"Luomuviljelyllä voi olla tärkeä rooli siirtymisessä kestävämpiin ruokajärjestelmiin,"

Tehokkuuteen ja kestävyyteen voidaan keskittyä enemmän ottamalla käyttöön monimuotoisempi määrä viljelykasveja, joiden kehitystä maakaasun siirtoteknologiat voivat helpottaa ja nopeuttaa.

Vaikka NGT:t eivät ole täysin "luonnollisia", ne eivät myöskään luo mitään uutta, mikä ei olisi koskaan voinut tapahtua spontaanisti, vaan ne vain "ohjaavat luonnon kättä".

Tämän kannan kannattajat ovat sitä mieltä, että on välttämätöntä ymmärtää NGT:iden luonne ja tehdä vivahteikkaita eroja tarkasteltavien teknologioiden (GMO:t vs. NGT:t) välillä.

Voivatko luomutuotemerkinnät sopeutua uusiin geneettisiin menetelmiin (NGT)?

Suuri syy siihen, miksi sekä sääntelyviranomaiset että yleisö ovat olleet haluttomia hyväksymään edes "luonnollisia" NGT:itä luomumerkintään, on se, että se voisi enimmäkseen vahingoittaa tätä käsitystä merkinnästä.

Sen sijaan artikkelin kirjoittajat ehdottavat "luomu + NGT" -merkintöjen luomista, jotka tekevät selväksi, että kyseessä ei ole pelkästään "klassinen luomu" -viljelyjärjestelmä, vaan myös ei tavanomaiset GMO:t.

Jos luomuviljely on EU:ssa edistettävä maataloustuotannon muoto, kaikki luomutuotannon muodot (mukaan lukien NGT+) olisi hyväksyttävä arvioitaessa EU:n luomutavoitteiden saavuttamista.

Tämä voisi avata tietä laajemmalle luomuviljelymenetelmien käytölle sadoista tinkimättä. Varsinkin kun luomumerkinnät ulottuvat paljon pelkän kasvilajikkeen lisäksi myös viljelymenetelmiin, kuten torjunta-aineiden ja rikkakasvien torjunta-aineiden käyttöön, kyntö- ja istutusmenetelmiin jne.

Loppusanat geenimuokkauksesta ja maatalouden sietokyvystä

Muuttuvat ilmasto-olosuhteet ja lisääntynyt ruoan kysyntä ovat sekä suuri riski että suuri mahdollisuus.

Toisaalta se voi aiheuttaa valtavaa inhimillistä kärsimystä ja ekologista vahinkoa. Toisaalta se voi olla impulssi, joka kannustaa meitä luomaan parempia ja kestävämpiä maatalouden muotoja.

Tämä todennäköisesti menee ohi jonkinlaisen viljelykasviemme genetiikan muutoksen kautta, kuten se on ollut maatalouden alusta asti.

Uudet genomitekniikan tekniikat voivat nyt hyödyntää viime vuosikymmeninä kertyneitä runsaita genomitietoja luodakseen kestävämpiä ja tuottavampia kasveja.

Samaan aikaan myös geenitekniikan sääntelyn ja käsityksemme siitä on muututtava. Ympäristön suojelemisen perimmäisenä tavoitteena on voitettava ennakkoluulot GMO:eista, jotka luotiin aikana, jolloin geenitekniikka oli vielä suhteellisen alkeellista.

Tämä ei tarkoita, että biosfäärimme hallitsemattoman muokkaamisen pitäisi riehua, vaan sitä, että avoimempi ja huolellisempi lähestymistapa, jossa hyödynnetään kaikkia saatavilla olevia uusia työkaluja, voisi tarjota parhaat mahdolliset tulokset ja samalla lieventää useimpia riskejä.

Kasvien geenitekniikan innovaattori

Corteva

Corteva on maailman johtava viljelyteknologian, erityisesti kemikaalien ja siementen, valmistaja. Se on myös erittäin aktiivinen uudessa maataloustekniikassa, kuten robotiikassa.

Yrityksellä on 17.2 miljardin dollarin liikevaihto vuonna 2023, yli 22,500 10,000,000 työntekijää ja yli XNUMX XNUMX XNUMX asiakasta, joten se on alansa suurimpia yhdessä yhdysvaltalaisten kilpailijoiden Bayerin ja Syngentan kanssa.

Kaiken kaikkiaan ja ehkä heijastaa kulutuksen vähenemisen ja lisääntyneen kilpailun syvempää suuntausta, kemikaalien (torjunta-aineet, rikkakasvien torjunta-aineet jne.) myynti on laskenut vuonna 2024, kun taas siementen myynti kasvoi.

Lähde: Corteva

Tarkemmin katsottuna Cortevan ydinliiketoiminta siemenalalla on maissi ja soijapavut, jotka muodostavat suurimman osan yhtiön liikevaihdosta tällä segmentillä. Erityisesti Cortevan “Enlist E3” soijapapu, joka kestää kolmea herbisidiä (3-D-koliini, glyfosaatti ja glufosinaatti), on kasvanut alle 2,4 prosentista vuonna 5 yli 2019 prosenttiin Yhdysvaltojen markkinoista.

Kasvinsuojelu-/kemikaalialalla yli puolet myynnistä oli rikkakasvien torjunta-aineita ja loput pääosin hyönteis- ja sienitautien torjunta-aineita.

Corteva on rakentanut nykyisen liiketoimintansa perinteisen teollisen viljelyn ympärille, joka on edelleen erittäin kannattavaa toimintaa, joka kestää nykyisen T&K-budjetin.

Kuten kuitenkin keskustelimme täällä ja edellisessä ”…Fmaatalouden tulevaisuus”artikkelissa avautuu uusia mahdollisuuksia, ja Corteva johtaa hyökkäystä:

• Geenien muokkaaminen olemassa olevista viljelykasveista, mukaan lukien käyttämällä CRISPR-tekniikkaa.
• Innovaatiokeskus ag-tech startup -yrityksille, Corteva katalysaattori. "Koneoppimisalusta auttaa alan maisemointia ja Cortevan tutkimusprioriteettien kannalta olennaisten teknologioiden tunnistamista"
• Biostimulantit, biotorjunta ja muut luonnosta peräisin olevat tuotteet, kuten hyönteisten feromonit todistetulla ja ennustettavalla suorituskyvyllä.
• Typpeä sitovat bakteerit (BlueN™ tai Utrisha™ N) luodaksesi ylimääräisen kemikaalittoman lannoitteen.
• A-vitamiinilla biorikastettu vilja köyhien maiden ravitsemuksen parantamiseksi.
• Kävelevät robotit rivikasveille.
• Kokeet tekoälyn käyttöönotosta maatiloillahedelmien poiminnasta parhaiden kasvien tunnistamiseen siemententuotantoon tarkoitettujen ominaisuuksien valintaan.
• Täysi valikoima ohjelmistoratkaisuja, maakuvatiedoista maatilan hallintaohjelmistoihin ja hiilidioksidipäästöjen seurantaan ja myyntiin.

Corteva tutkii myös aktiivisesti vihreiden biopolttoaineiden ja erikoisproteiinien tulevaa kasvavaa kysyntää, joista jokaisella on 10–30 miljardia dollaria osoitettavissa oleva markkina vuoteen 2035 mennessä.

Lähde: Corteva

Joten kaiken kaikkiaan vaikka Corteva on "vanhojen" teollisten viljelymenetelmien jättiläinen, se on myös selvästi tietoinen alan muutoksista ja asemoinnistaan ​​yhtä suureksi ja menestyväksi yritykseksi, joka on sopeutunut nopeasti muuttuviin maatalouskäytäntöihin.

Cortevan (CTVA) viimeisimmät osakeuutiset ja -kehitys

Viitatut tutkimukset

<sup>1. Long Stephen P. (2025) Tulevaisuudenkestävien viljelykasvien tarpeet ja mahdollisuudet sekä viljelyjärjestelmien käyttö ilmakehän muutoksen lieventämiseksi. Phil. Trans. R. Soc. 29. toukokuuta 2025. http://doi.org/10.1098/rstb.2024.0229
2. Molitorisová, Alexandra ym. (2025) Uudet genomitekniikat luomutuotannossa: Huomioita tieteeseen perustuvasta, tehokkaasta ja hyväksyttävästä EU-sääntelystä. Cell Reports Sustainability, 30. toukokuuta 2025. https://www.cell.com/cell-reports-sustainability/fulltext/S2949-7906(25)00101-6</sup>