Framtidssäkra grödor: Kan genredigering hantera livsmedelssäkerheten?

Bättre jordbruk behövs

I takt med att vår civilisation står inför en kombination av ökande befolkning och klimatinstabilitet, blir frågan om livsmedelssäkerhet allt viktigare att ta itu med. Utöver denna risk läggs många andra till på listan, vilket gör frågan ännu mer känslig, såsom den fortsatta skadan på biologisk mångfald och utrotning av arter, föroreningar, erosion av bördig jord, urbanisering av åkermark etc.

Som ett resultat ökar ett massivt tryck på agronomer och växtforskare att tillhandahålla lösningar som helst skulle kunna ge koldioxidbindning, ökad livsmedelsproduktion och minskad påverkan på åkermark.

"Om vi ​​inte gör det här rätt, tror jag faktiskt inte att något annat spelar någon större roll"

USA:s utrikesminister Anthony Blinken vid evenemanget Global Solutions for Food Security i New York i september 2023

Ett av de mest lovande verktygen är genteknik, men det har ett annat fokus än genredigering av tidigare grödor. Medan det tidigare fokuset har legat på att driva på för högre avkastning till varje pris och i kombination med tunga kemiska insatser, skulle mer avancerade metoder kunna kombinera högre produktion med mer hållbara resultat.

Detta är argumentet som utvecklats av Stephen Long, professor i grödovetenskap och växtbiologi vid University of Illinois Urbana-Champaign, i en publikation¹ titeln "Behov och möjligheter att framtidssäkra grödor och användningen av odlingssystem för att mildra atmosfäriska förändringar".

En planet i förändring

En dyster bild?

Innan vi diskuterar hur vi ska anpassa oss måste vi förstå vad som förändras, och bilden är extremt komplex. Global uppvärmning förväntas inte bara förändra de genomsnittliga förhållandena, vilket gör vissa områden mer bördiga och andra mindre, utan också öka frekvensen och svårighetsgraden av extrema händelser.

Detta inkluderar extrema temperaturer, torka, översvämningar och ozonnivåer vid ytan, vilka alla kan påverka grödans avkastning dramatiskt, ännu mer än en övergripande förändring av genomsnittliga förhållanden, för vilken en förändring av jordbruksmetoder kan räcka.

Atmosfärisk CO2 nådde 427 ppm år 2024 och beräknas vara cirka 600 ppm år 2050–2060. I ett sådant scenario skulle den globala medeltemperaturen kunna stiga med ytterligare 1.2 °C år 2050–60, upp till 2.7 °C över förindustriella temperaturer.

När det gäller mat kommer världen att behöva mellan 35 och 56 % mer mat fram till 2050, på grund av en ökad konsumtion per capita, en växande befolkning och ökat matsvinn i takt med att fler människor flyttar till städer.

I kombination med de förväntade grödförlusterna till följd av extrema händelser och klimatförändringar innebär detta grovt sett att den globala livsmedelsproduktionen måste nästan fördubblas till 2050.

Inte bara dåliga nyheter

Den ökande CO2-halten som orsakas av klimatförändringarna har dock en positiv effekt: den stimulerar växttillväxt. Faktum är att ökade CO2-koncentrationer rutinmässigt används i växthus för att öka avkastningen.

"Moderna elitsorter av ris och sojabönor visar avkastningsökningar på cirka 30 % med höjning av CO2 till förväntade nivåer för 2050–60."

C4-grödor – majs och sorghum – visar ingen ökad avkastning eftersom de redan är CO2-mättade på dagens redan förhöjda nivåer.

Det gäller särskilt för växter med C3-metabolism, vilka inkluderar de flesta icke-tropiska grödor och utgör en stor del av världens basgrödor (C4-växter har en annan metabolism, som koncentrerar CO2 i bladet före fotosyntesen, så det är rimligt att de omgivande CO02-nivåerna är mindre relevanta för dem).

Källa: G för G

En annan god nyhet är att det inte bara är möjligt att fördubbla skördarna, det görs redan, åtminstone för vissa specifika grödor.

Till exempel har massiva FoU-investeringar från jordbruksföretag redan fördubblat avkastningen av majs, medan andra basgrödor, som ris, vete, potatis och sorghum (viktiga i Afrika och tropiska regioner) har halkat efter.

Källa: Royal Society Publishing

Att hantera jordbruksproblem

Ozon på låg höjd

Troposfäriskt ozon (O3) är en sekundär förorening som bildas genom solljusets inverkan på flyktiga organiska föreningar och kväveoxider i förorenade luftmassor.

Idag kan halter på >100 ppb ofta hittas i landsbygdsområden i det amerikanska majsbältet, med betydligt högre nivåer i de viktigaste grödoproduktionsområdena i Kina och Indien.

”Ozon genererar redan 5 % förluster för sojabönor och cirka 10 % för majs i USA, vilket kostar cirka 9 miljarder dollar årligen. Totalt kan detta resultera i upp till 10 % förlust av globala grödor.”

Genetisk modifiering av växtens anatomi, särskilt klyvöppningarna (att släppa in luft i bladen) kan minska ozoninträngningen och skadorna. När CO2-koncentrationen ökar bör mindre öppna klyvöppningar inte drastiskt påverka fotosynteseffektiviteten.

Källa: Vetenskapsfakta

Att öka produktionen av antioxidanter i växten kan också bidra till att minska oxidationen av ozonmolekyler och bidra till att förbättra växtens övergripande motståndskraft mot stress.

Torka och vattenanvändning

Högre temperatur och mer extremt väder förväntas vara förknippat med mer vattenbrist.

År 2050 förväntas de globala avkastningsförlusterna på grund av torka för majs öka till 21.3 % från ett tidigare genomsnitt på 12.0 % för perioden 1961–2006, och för vete från 9.6 % till 15.5 %.

Andelen regioner som är drabbade av torka kommer att öka mest i Afrika och Oceanien, från nuvarande 22 % respektive 15 % till 59 % respektive 58 % vid slutet av århundradet.

Även här kan lägre klyvöppning bidra till att minska växters vattenbehov och minska stress under torka.

"Resultatet blev en förbättring med 15 % av vattenanvändningen på bladnivå hos odlad tobak på fält och en minskning med 30 % av vattenanvändningen för hela plantan. På grund av den höga hastighet med vilken tobak kan genetiskt modifieras används den ofta som ett testområde för att studera förändringar som kan användas i en mängd andra växter."

Genteknik som införandet av Bacillus subtilis Köldchockprotein B (cspB) i växten kan förbättra motståndskraften mot torka men har ännu inte översatts till kommersiella tillämpningar.

Ökad koldioxidlagring

I slutändan är växter maskiner som omvandlar vatten, koldioxid och solljus till organiskt material. Endast 2 % av grödornas biomassa skördas, och resten lämnas kvar i form av stjälkar eller rötter.

Om detta organiska material kunde stanna kvar i jorden, istället för att brytas ner på några år, skulle det öka den netto markbundna kolsänkan med 50 %.

Djupare rötter i kombination med no-plomberingsmetoder kan vara lösningen, med flera mekanismer som aktiveras samtidigt när starkare rotsystem konstrueras, antingen genom genetisk manipulation eller dedikerade avelsprogram:

• Förbättra markkvaliteten och dess förmåga att hålla kvar vatten.
• Förbättrar växtens motståndskraft mot torka, vilket håller kolupptaget högre hela tiden.

Att ändra cellväggens sammansättning, med mer lignin och fler långa kolmolekyler, skulle också kunna göra det resulterande döda organiska materialet mycket mer motståndskraftigt mot nedbrytning, och fånga kol under jord i årtionden, eller till och med århundraden och längre.

Slutligen skulle en ännu mer proaktiv strategi kunna användas, med målet att direkt "odla" och fånga kol i industriell skala. Forskare har identifierat högproduktiva C4-perenna gräs som Miscanthus × giganteus eller springgräs (Panicum virgatum) och prärie-snörtgräs (Spartina pectinata), vilket kan fånga upp till 130 ton koldioxid per hektar på ett år, eller kanske ännu mer för vissa sorter.

Med hjälp av BECCS (bioenergi med koldioxidavskiljning och lagring) kan denna biomassa förbrännas för att generera elektricitet, och den resulterande koldioxiden fångas upp och överförs till djup underjordisk lagring.

Källa: Penn State University

Att göra lämpliga föreskrifter

Navigera motsägelser

Ett problem med massskalig spridning av sådana modifierade grödor som antingen kan öka avkastningen trots klimatförändringarna, eller till och med bidra till att mildra dem, är att det säkerligen kommer att kräva användning av GMO-grödor.

I det sammanhanget kan större regioners ovilja att använda sådana grödor vara ett stort hinder för bioteknikdrivna lösningar på klimatförändringar och livsmedelsbrist.

Detta gäller särskilt för EU, som ofta helt förbjuder GMO-grödor. Men även andra regioner tenderar att helt förbjuda GMO från ekologiska märkningar, trots att de har strikta mål för att öka andelen av deras jordbruk som omfattas av den ekologiska märkningen.

Så i nuvarande lagstiftningssammanhang kan miljöskydd med mer ekologiskt jordbruk innebära att man skadar miljön genom att missa förbättrade avkastningar och ökad koldioxidinfångning.

Detta var ämnet för en publikation i den prestigefyllda vetenskapliga tidskriften Cell² titeln "Nya genomiska tekniker inom ekologisk produktion: Överväganden för vetenskapsbaserad, effektiv och acceptabel EU-reglering".

CRISPR och andra nya genomiska tekniker (NGT)

En central fråga är att skilja nya genomiska tekniker (NGT) från de äldre, mer grövre metoder som tidigare använts för att skapa GMO.

Denna mycket mer kontrollerade och precisa metod för genteknik inkluderar CRISPR-Cas9, platsstyrd nukleasteknik (SDN), oligonukleotidstyrd mutagenes (ODM) och RNA-beroende DNA-metylering (RdDm).

Till skillnad från att införa en främmande gen i en växt kan NGT antingen skapa en riktad mutation som kan ha uppstått naturligt eller införa material från en växt som kan ha korsat sig naturligt med målgrödan.

"Ekologiskt jordbruk kan spela en viktig roll i övergången till mer hållbara livsmedelssystem,

Ett större fokus på effektivitet och motståndskraft kan uppnås genom att introducera en större mångfald av grödor, vars utveckling kan underlättas och påskyndas av NGT:er.

Så även om de inte är helt "naturliga", skapar NGT:er inte heller något nytt som aldrig kunde ha uppstått spontant, utan "vägleder istället bara naturens hand".

Förespråkare för denna ståndpunkt anser att det är nödvändigt att förstå naturgasernas genteknologiska egenskaper och att göra nyanserade skillnader mellan de teknologier som övervägs (GMO kontra NGT).

Kan ekologiska etiketter anpassas till NGT:er?

En stor anledning till att både tillsynsmyndigheter och allmänheten har varit ovilliga att acceptera ens "naturliga" NGT:er i den ekologiska märkningen är att det mestadels skulle kunna skada uppfattningen om märkningen.

Istället föreslår författarna att man skapar märkta system "ekologisk + NGT" som tydliggör att det inte bara är det "klassiska ekologiska" jordbrukssystemet, utan inte heller de vanliga GMO:erna.

Om ekologiskt jordbruk är en främjad typ av jordbruksproduktion i EU, skulle alla former av ekologisk produktion (inklusive NGT+) behöva accepteras vid utvärdering av räckvidden för de ekologiska målen i EU.

Detta skulle kunna öppna vägen för en bredare spridning av ekologiska odlingsmetoder, utan att offra avkastningen. Särskilt eftersom ekologiska märkning går långt utöver bara växtsorten, utan även odlingsmetoder som användning av bekämpningsmedel och herbicider, plöjnings- och planteringsmetoder etc.

Slutliga tankar om genredigering och jordbruksresiliens

Förändrade klimatförhållanden och ökad efterfrågan på mat är både en stor risk och en stor möjlighet.

Å ena sidan kan det orsaka enormt mänskligt lidande och ekologiska skador. Å andra sidan kan det vara den impuls som uppmuntrar oss att skapa bättre och mer hållbara former av jordbruk.

Detta kommer sannolikt att ske genom någon modifiering av våra grödors genetik, så som det har varit sedan jordbrukets början.

Nya genomtekniker kan nu använda den mängd genomdata som samlats under de senaste decennierna för att skapa mer motståndskraftiga och produktiva växter.

Samtidigt behöver våra regleringar och vår uppfattning om genteknik också utvecklas. Det slutgiltiga målet att skydda miljön kommer att behöva övervinna förutfattade meningar om GMO som skapades när gentekniken fortfarande var relativt primitiv.

Detta betyder inte att okontrollerad modifiering av vår biosfär bör bli alltmer utbredd, men att en mer öppen och försiktig strategi som utnyttjar alla tillgängliga nya verktyg skulle kunna ge bästa möjliga resultat samtidigt som de flesta riskerna minskas.

Innovatör inom växtgenetisk teknik

Corteva

Corteva är en global ledare inom jordbruksteknik, särskilt kemikalier och frön. Den är också mycket aktiv inom ny jordbruksteknik som robotik.

Med 17.2 miljarder USD i nettoomsättning 2023, 22,500 10,000,000+ anställda och XNUMX XNUMX XNUMX+ kunder är företaget bland de största i sin sektor, tillsammans med de amerikanska konkurrenterna Bayer och Syngenta.

Sammantaget, och kanske reflekterande av en djupare trend med minskad konsumtion och ökad konkurrens, har försäljningen av kemikalier (bekämpningsmedel, herbicider etc.) minskat under 2024, samtidigt som försäljningen av fröer växte.

Källa: Corteva

I en djupare titt är Cortevas kärnverksamhet inom utsäde i majs och sojabönor, vilket utgör huvuddelen av företagets intäkter i detta segment. Mest anmärkningsvärt, Cortevas "Enlist E3" sojaböna, med resistens mot 3 herbicider (2,4-D kolin, glyfosat och glufosinat), har vuxit från under 5 % 2019 till att utgöra >65 % av den amerikanska marknaden.

Inom växtskydd/kemikalier avsåg mer än hälften av försäljningen herbicider, resten består till största delen av insekticider och fungicider.

Corteva har byggt sin nuvarande verksamhet kring traditionellt industriellt jordbruk, vilket fortfarande är en mycket lönsam verksamhet som upprätthåller den nuvarande FoU-budgeten.

Men som vi diskuterade här och i en tidigare ”Fjordbrukets framtid”artikeln, nya möjligheter öppnas, med Corteva i spetsen:

• Genredigering av befintliga grödor, inklusive använder CRISPR-teknik.
• Ett innovationsnav för ag-tech startups, Corteva Catalyst. "En plattform för maskininlärning hjälper till i ansträngningarna att skapa sektorn och identifiera teknologier som är relevanta för Cortevas forskningsprioriteringar. "
• Biostimulanter, biokontroll och andra produkter med naturligt ursprung, såsom insektsferomoner med beprövad och förutsägbar prestanda.
• Kvävefixerande bakterier (BlueN™ eller Utrisha™ N) för att skapa extra kemikaliefritt gödningsmedel.
• Spannmål bioberikat med vitamin A för att förbättra näringen i fattiga länder.
• Gårrobotar för radgrödor.
• Experiment med implementering av AI i gårdar, från fruktplockning till att identifiera de bästa plantorna för val av egenskaper för fröproduktion.
• Full svit av mjukvarulösningar, från markbilder till programvara för gårdshantering och övervakning och försäljning av koldioxidkrediter.

Corteva undersöker också aktivt den framtida växande efterfrågan på gröna biobränslen och specialproteiner, vart och ett med en marknad på $10B-$30B adresserbar 2035.

Källa: Corteva

Så överlag, medan Corteva är en jätte av de "gamla" industriella jordbruksmetoderna, är det också tydligt medvetet om förändringarna i sektorn och positionerar sig för att bli ett lika stort och framgångsrikt företag anpassat till snabbt föränderliga jordbruksmetoder.

Senaste Corteva (CTVA) aktienyheter och utveckling

Refererade studier

<sup>1. Long Stephen P. (2025) Behov och möjligheter för att framtidssäkra grödor och användningen av grödsystem för att mildra atmosfäriska förändringar. Phil. Trans. R. Soc. 29 maj 2025. http://doi.org/10.1098/rstb.2024.0229
2. Molitorisová, Alexandra, et al. (2025) Nya genomiska tekniker inom ekologisk produktion: Överväganden för vetenskapsbaserad, effektiv och acceptabel EU-reglering. Cell Reports Sustainability, 30 maj 2025. https://www.cell.com/cell-reports-sustainability/fulltext/S2949-7906(25)00101-6</sup>