Høye krav til fremtidens hvetesorter

Forskere rundt om på kloden jobber med å kartlegge hvetens arvestoff. Kunnskap om arvestoffene gjør det mulig å forstå hvilke gener som påvirker ulike egenskaper. Dermed blir det enklere å foredle nye sorter med ønskede egenskaper.

Kontaktperson
Portrettbilde av Ellen F. Mosleth
Ellen F. Mosleth

Seniorforsker
Tlf.: +47 941 30 143
ellen.mosleth.fargestad@nofima.no

God bakekvalitet, høy ernæringskvalitet, evnen til å tåle skiftende værforhold , motstandsdyktighet mot groskade og mot plantesykdommer er eksempler på ønskede egenskaper for hvete.

– Målet er at fremtidens hvetesorter skal være hardføre og stabile. De skal tåle skiftende værforhold og klimaendringer, gi gode avlinger og ha høy kvalitet. For å få dette til må vi forstå hvordan genene reagerer, ikke bare vite hvilke de er, sier kornforsker Ellen Færgestad Mosleth ved matforskningsinstituttet Nofima.

Mangeårig forskning er grunnlaget for framgangsrik norsk mathveteproduksjon
Norske forskere har helt siden 1950-tallet jobbet med å forbedre hveten. Den gang da kvaliteten på den norske hveten var på et absolutt lavmål, og knapt noe norsk hvete ble brukt til matproduksjon, satset hveteforedlerne i Norge ambisiøst på å forbedre bakekvaliteten i norske hvetesorter.

Nye sorter ble utviklet og dyrkingsteknikkene forbedret. Det var professor Erling Strand og professor Kåre Ringlund ved Institutt for Plantekultur ved Norges Landbrukshøgskole, nå Universitetet for miljø og biovitenskap (UMB), som krysset norske sorter med utenlandske, og dermed hentet inn nye egenskaper. Både resistens for groskade og egenskaper for glutenproteiner ble forbedret i denne tiden. Dette la grunnlaget for norsk mathveteproduksjon.

Fra 1990-tall økte forskningsinnsatsen på norsk hvetekvalitet, og forbedringen i kvaliteten baserte seg blant annet på kunnskap om hvilke gener og proteiner som er viktige for bakekvaliteten. – Vi utnyttet biologiske markører for genene til de gode glutenproteinene, og så hvordan dette påvirket kvaliteten for norske bakeprodukter ved ulike prosesser, sier forskerne Ellen Mosleth, Anette Moldestad, Anne Kjersti Uhlen, Ellen Merethe Magnus  og Kari Tronsmo. De har alle hatt hvetekvalitet som et overordnet tema i sine doktorgrader hos Nofima/UMB.

Basert på forskernes funn har norsk hveteforedlingen i lang tid lagt vekt på å få fram sorter med gener som gir sterk glutenkvalitet. Denne forskningen har vært utført i nært samarbeid med hele verdikjeden – fra bøndene til bakerne.
– Vi kjenner genene for de gode glutenproteinene, men vi må forstå mer om hvordan proteinene bygges opp, hvordan klima påvirker denne oppbyggingen – og ikke minst hva som bryter dem ned ved dårlig vær. Spesielt er vi ute etter samspillet mellom genetikk og miljø. Vi ønsker å finne gener som gir mer stabil kvalitet ved ulike klimatiske forhold. Kunnskap om hvetens arvestoff vil gi oss mange svar, sier Mosleth.

Kromosom 7B er Norges ansvar
Målet for hveteforskerne rundt om i verden er å få frem en genomsekvens for mathvete, og denne skal være fritt tilgjengelig. Hvetegenomet er hele den arvemessige informasjonen til hveten og er kodet i hvetens DNA. Det er seks ganger større enn menneskegenomet, og har tredoble sett med kromosomer. Så arbeidet er særdeles omfattende og komplekst. Datamengdene er så enorme at det er først nå teknikkene for sekvensering er blitt gode nok til å håndtere slike mengder. I tillegg er arbeidet komplisert på grunn av store likheter mellom de ulike kromosomene.

Forskerne som jobber med å kartlegge genomsekvensen er knyttet til gigantkonsortiet med navnet «The International Wheat Genome Sequencing Consortium». I Norge jobber forskerne som har ansvaret for å kartlegge kromosom 7B. Professor Odd-Arne Olsen ved UMB leder den norske forskergruppen. Han forteller at kunnskap om arvestoffene er et godt utgangspunkt for å forstå hvilke gener som påvirker ulike egenskaper.

– Hvis vi kjenner gensekvensen til et genom kan vi utvikle redskaper for å plukke ut planter med de egenskapene vi ønsker å foredle. Til en viss grad har vi kunnet studere og utnytte kjente gener også tidligere, men nå har vi mulighet til å gjøre dette langt mer effektivt og presist, sier Olsen.

På Bjørke forsøksgård ved Hamar holder Graminor hus. De har ansvar for all foredling av jord- og hagebrukvekster i Norge, og har en aktiv rolle i kartleggingen av hvetegenomet. Med sine rundt 30 ansatte er de en liten bedrift som tar et stort ansvar i en internasjonal målestokk og direktør Idun Christie ser stor nytteverdi ved satsingen, i form av nye og bedre sorter.

Dagens hveteforedling hos Graminor skjer fremdeles ved krysning slik det ble gjort da professor Strand og professor Ringlund startet arbeidet med å forbedre kvalitetsegenskapene i norske hvetesorter. Fra slike krysninger oppformeres det tusenvis av avkom som er genetisk forskjellige, og det nitidige arbeidet med å velge ut de beste kombinasjonene kan starte.
– Forskjellen er at vi i framtiden kan utvikle effektive metoder for å gjøre dette utvalgsarbeidet. Vi vil vite hva vi skal se etter, det vil si hvilke gener avkommet skal ha for å få den beste kombinasjonen, sier forsker Muath Alsheikh som er molekylærgenetiker ved Graminor.

Genene er som en oppskriftsbok
Odd-Arne Olsen støtter Alsheikh og påpeker at jo mer vi vet om hvetens arvestoff, desto raskere finner vi frem til avkom med rett kombinasjon.
– Vi står nå midt oppe i et revolusjonerende paradigmeskifte, som legger grunnlaget for helt ny framgang i hveteforedlingen – på et helt annet nivå enn hva som har vært mulig hittil, sier Olsen.

Genforsker Paul E. Grini ved Institutt for molekylær biovitenskap ved Universitetet i Oslo forklarer at genene er som en oppskriftsbok som inneholder bokstaver, og når boka åpnes kan cellene lese det som står der og de får instruks om hva de skal gjøre. I tillegg til bokstavene i boken, begynner vi nå også å forstå mer om hvordan de enkelte genene eller sidene i boken leses.

– Noen gener kan være merket slik at de er lettere å lese, andre kan ikke leses i det hele tatt.

Dette kalles epigenetikk, og kan ha svært stor betydning for om et gen er aktivt eller ikke.  Vi har nå muligheten til å måle og registrere epigenetiske merker også i hvete og dette åpner for en ny forståelse av samspillet mellom genene og hvilken betydning de enkelte genene har, sier Grini.

Han forsker på epigenetisk regulering av frøutvikling i modellplanten Vårskrinneblom, og ser frem til å kunne fortsette dette arbeidet i hvete. En svært interessant side av dette er at ytre forhold som miljøstress kan påvirke de epigenetiske merkene og dermed hvordan genene leses.

– Ny forskning viser at noen merker kan gå i arv til følgende generasjoner av planter.  Dette betyr at det ikke bare er bokstavene i oppskriftsboken som er viktige, men også hvilket miljø som har påvirket de epigenetiske merkene gjennom generasjoner. Det er for tidlig å slå noe fast enda, men det er sannsynlig at vi må tenke annerledes i fremtidig foredlingsforskning, sier Grini,

Genomsekvensen blir fritt tilgjengelig
Når hele hvetegenomet er kartlagt er målet at resultatene skal brukes internasjonalt. Genomsekvensen blir fritt tilgjengelig for alle og det er ikke mulig å ta patent på genene, men det er mulig å ta patent på bruken av enkeltgener eller bruken av spesielle genkombinasjoner i visse sammenhenger.

Professor Olsen forklarer dette ytterligere med et eksempel:
– Identifisering av gener som gir robust bakekvalitet vil ha stor kommersiell verdi, men da som genmarkører, altså markører som brukes til å identifisere aktuelle gener i planteforedlingen, og bare når disse brukes med tanke på nettopp bakekvalitet.

– I planteforedlingen i Europa vil dette bli brukt i vanlig planteforedlingsarbeid, ikke til genmodifiserte planter som mange er så skeptiske til, påpeker forsker Valborg Kvakkestad ved Norsk institutt for landbruksøkonomisk forskning, NILF.

Kvakkestad er nylig ferdig med sin doktorgrad. Den handler om hvordan ulike rammevilkår påvirker hva slags type genmodifiserte planter som blir utviklet og godkjent av myndighetene. Framover ser hun for seg at hun kan bidra i bioteknologiprosjekter ved å ta ansvar for etiske, politiske, samfunns- og miljømessige aspekter av prosjektene.

 Råvare og prosess  

Relatert innhold