Återuppfinna ris för en värld som förändrats av klimatförändringar

UC Davis växtgenetiker Pamela Ronald vill skapa rissorter som kan överleva under svårare förhållanden, inklusive mer frekventa torka. Förbi

• James Temple arkivsida

4 maj 2017

Molly Matalon

Pamela Ronald står framför två rader med risplantor, spirande ur svarta plastkrukor, i ett kvävande växthus i utkanten av University of California, Davis, campus.

Forskare i Ronalds växtgenetiklabb svalt gräset av vatten i mer än en vecka. De till höger, kontrollen i det pågående experimentet, gulnar och kollapsar. Bladen i de intilliggande växterna, utrustade med en extra gen, är tjocka, höga och gröna.

Förhoppningen är att dessa eller liknande genetiska förändringar kan hjälpa ris och andra grödor att överleva förödande torka och förhindra matbrist i några av de fattigaste delarna av världen. Ronald, en trimforskare med kort brunt hår, ler när hon tittar ner på de tidiga resultaten.

Hon har ägnat de senaste tre decennierna åt att göra ris, en basvaror för mer än hälften av världens befolkning, mer motståndskraftig mot miljöstress. Hon var en central aktör i en av de senaste framgångshistorierna inom växtgenetik, och isolerade en gen som tillåter ris att överleva långa perioder av översvämningar. Det är en stor utmaning i låglänta delar av Asien, och utplånar cirka fyra miljoner ton ris varje år bara i Indien och Bangladesh. Ett decennium efter upptäckten av hennes labb odlar mer än fem miljoner bönder rissorter konstruerade med den så kallade Sub1-genen, som täcker mer än två miljoner hektar över hela Asien.

Den senaste forskningen kan vara ännu mer betydelsefull, eftersom klimatförändringarna ökar frekvensen och intensiteten av torka över stora delar av jorden, vilket hotar livsmedelssäkerheten och stabiliteten för hela nationer. Antalet extrema torkar kan dubbel i slutet av århundradet, förödande fält och bönder över hela södra Asien och Subsahariska Afrika .

Ronalds arbete ger ett kraftfullt uttalande om potentialen hos moderna genetiska verktyg för att bevara försörjning och liv, och erbjuder en motberättelse till den utbredda rädslan och snedvridningarna kring genetiskt modifierade grödor (se Varför vi behöver genetiskt modifierade livsmedel). Det här fokuset på gener i vår mat är en distraktion från de riktigt, riktigt viktiga frågorna, säger hon. Hur kan vi minska användningen av giftiga insatser? Hur kan vi mata de fattiga och undernärda? Hur kan vi vara säkra på att bönder har tillgång till frön och att konsumenterna har råd med den mat som produceras?

Pamela Ronald tar hand om en risplanta.

Bergsblommor

Ronald växte upp i San Mateo, Kalifornien. Hennes mamma var en begåvad trädgårdsmästare och kock. Hennes far var en affärsman som flydde från Nazityskland som barn.

År efter ankomsten till Kalifornien byggde han en 500 kvadratmeter stor stuga i södra Lake Tahoe, där familjen tillbringade sommarlov. En varm dag när hon var runt 15 vandrade Ronald och hennes bröder en brant stig in i High Sierra. Vid sadeln råkade de på ett par som svävade över en bok. De var ett par professionella botaniker som katalogiserade blommor. Hon hade utvecklat en tillgivenhet för växter från den tid hon tillbringade med sin mamma i trädgården och köket, men det här var första gången hon insåg att man kunde försörja sig på att arbeta med dem.

I slutet av 1980-talet, under sitt doktorandprogram vid UC Berkeley, började Ronald arbeta med paprika och tomater. Men när hon började sitt postdoktorala arbete, bestämde hon sig för att flytta fokus till ris, och insåg att även små framsteg i stresstolerans för en sådan kritisk gröda kunde hjälpa många människor. Tomater och paprika är viktigt till sallad, men jag ville jobba på kvällsmaten, säger hon. Jag ville arbeta med en basföda, jag ville flytta till något viktigare.

Ronald anlände till UC Davis som biträdande professor 1992. Hennes lilla, fyrkantiga kontor bär tecken på det arbete hon har gjort sedan dess, inklusive asiatiska gobelänger, illustrationer och omslag från tidskriftsartiklar och upplagda kopior av ' Morgondagens bord: ekologiskt jordbruk, genetik och matens framtid, boken från 2008 skrev hon tillsammans med sin man, Raoul Adamchak, som undervisar i ekologisk odling vid UC Davis .

Ronalds arbete med översvämningstolerant ris startade i mitten av 1990-talet, som ett samarbete med kollegor vid UC Davis finansierat av det amerikanska jordbruksdepartementet. Under loppet av ett decennium hittade och isolerade teamet Sub1-genen i en gammal men impopulär indisk rissort, känd som lantras, som gör det möjligt för den att överleva även när den var nedsänkt under vatten i mer än två veckor. Sedan dess har det Filippinska baserade International Rice Research Institute, med stöd av mer än 70 miljoner dollar i finansiering från Bill and Melinda Gates Foundation, förädlat den genen till 10 populära asiatiska rissorter. I sin tur lade den ideella organisationen fröna i händerna på bönder i Indien, Bangladesh, Indonesien, Nepal och andra nationer.

Ris är en svår gröda att odla, som kräver mycket arbete och mycket vatten. För mycket på en gång dödar det, men det gör för lite också. Det tar bara en vecka utan regn att markant minska skördarna i kuperade risodlingsområden.

Risproduktionens utmaningar kommer bara att bli värre i många områden, eftersom klimatförändringarna höjer temperaturen, minskar nederbörden på vissa platser och ökar översvämningarna eller höjningen av havsnivån på andra.

Under ett scenario med höga växthusgasutsläpp skulle risavkastningen vara nästan 15 procent lägre än annars förväntat vid mitten av seklet, och priserna skulle vara 30 procent högre, enligt en 2015 års rapport i Miljöforskningsbrev.

Att ändra jordbruksmetoder och gödslingseffekten av ökad koldioxid kan kompensera en del av dessa klimatpåverkan. Men det kommer att bli mycket svårare och dyrare att upprätthålla avkastningen på många områden, och rika nationer kommer att ha mycket större möjligheter än fattiga att göra de nödvändiga förändringarna, säger Keith Wiebe, senior forskare vid International Food Policy Research Institute.

Grödor som förändras för att överleva tuffare miljöförhållanden kommer att vara ett avgörande verktyg för att hjälpa småbönder som producerar i de mer tropiska miljöerna, som kommer att vara mest utsatta för klimatchocker, säger Alain de Janvry, ekonom från UC Berkeley.

Arbetet på Ronalds labb med torktoleranta rissorter är i ett tidigt skede. Hon vägrar diskutera detaljer, inklusive det grundläggande tillvägagångssättet, tills de har genomfört ytterligare experiment för att verifiera de första resultaten och publicerat sina resultat.

Andra forskare runt världen tävlar också om att utveckla torkbeständiga grödor och har redan uppnått vissa framsteg, inklusive sprayer , hybrider , och genetiska förändringar som hjälper grödor att byta till vattenbevarande lägen vid tidigare tecken på problem, eller på annat sätt gör det möjligt för växter att klara sig med mindre fukt.

Men större framsteg kommer att krävas för att möta de växande utmaningarna som ligger framför oss, och torktolerans är ett knepigt problem. Egenskapen involverar i allmänhet olika gener och cellulära kommunikationsvägar. Det är avgörande att eventuella förbättringar inte sker på bekostnad av avkastning, smak och andra kvaliteter som är viktiga för bönder och konsumenter. Och det verkar finnas hårda gränser för hur mycket som någonsin kan uppnås, eftersom alla växter behöver vatten.

Mulen

En mulen lördag i slutet av april stod Ronald på scenen på ett tegeltorg i utkanten av San Francisco Bay och talade till den skyltande publiken som samlats för March for Science. Vetenskapen är baserad på data, inte på alternativa fakta, sa hon och pausade för applåder i slutet av de flesta meningar. Vetenskapen är inte en buffé där folk kan välja och vraka de delar de gillar och slänga ut resten.

Men det gör folk såklart. Den svagaste applådraden i hennes tal inför publiken, som till stor del samlades för att protestera mot Trump-administrationens förnekande av klimatvetenskap, var när hon sa att vetenskapen hade förbättrat Kaliforniens frukter, grönsaker och nötter. Med andra ord, när hon tog en stund för att erkänna ett område som kunde hjälpa till att ta itu med några av de problem som uppstår till följd av ett förändrat klimat. Det var typisk Ronald, fast besluten att hävda vart hon tror att vetenskapen leder, vem än publiken. Genetiskt modifierade grödor har blivit otroligt omtvistade, allmänt porträtterade som hänsynslösa försök att mixtra med Moder Natur endast till förmån för frökonglomerat. Men Ronald hävdar att vetenskapen visar att de har varit både säkra och fördelaktiga. Hon offentligt sparrade med Union of Concerned Scientists om dessa frågor, föreslog Greenpeace feltolkar data , och kritiserade Vermonts GMO-märkningslagar på dessa sidor (se How Scare Tactics on GMO Foods Hurt Everybody). Att ta på sig rollen som offentligt ansikte för fältet har givetvis gett henne kritik. GMOWatch kallade henne en GMO-propagandist och njöt av att lyfta fram att hennes labb drog tillbaka ett par papper 2013, p.g.a. felmärkta bakteriestammar och ett felaktigt test. (Andra berömde labbet för att upptäcka sitt eget fel, och tar smärta för att korrigera posten.)

Den största oron över GMO handlar om transgena växter, såsom sojabönor eller majs som är konstruerade med en främmande bakteriegen som möjliggjorde användningen av Monsantos Runda upp herbicid.

Relaterad berättelse

Läs Nästa Klimatförändringarna kommer att göra det allt svårare mata världen. Biotekniska grödor kommer att ha en väsentlig roll i att säkerställa att det finns tillräckligt att äta.

Men Ronalds forskning belyser den bredare definitionen och löftet för genetiska förändringar. Sub1-ris kringgick alla anti-GMO-reaktioner eftersom det krävde modern genetiks verktyg för att isolera och uttrycka genen, men det bär inte med sig något icke-ris-DNA. Egenskapen från en rissort lades till andra genom moderna förädlingsmetoder, accelererade genom att analysera avkommans DNA för att undvika falska vägar.

Ronald noterar att varje större matgröda har förändrats av människohänder på ett eller annat sätt. Och några av de viktigaste framstegen i framtiden, för att förbättra avkastning, näring, miljötolerans eller biobränslen, kanske bara är möjliga med allt kraftfullare genredigeringsteknologier som TALENs och CRISPR.

Vad som borde ha betydelse för lagstiftare, tillsynsmyndigheter eller kritiker är inte vilket verktyg som drogs från den ständigt framskridande genetiska verktygslådan, utan om det gav en positiv eller negativ inverkan på människors hälsa eller miljön. Vid det här laget har vi fyra decenniers meritlista inom genteknik i växter, medicin och ost, utan några bevis på skada, säger Ronald.

Faran är att ogrundade rädslor kan komma på bekostnad av att lindra verkligt mänskligt lidande, om missriktade regler bromsar vetenskapen eller protester förhindra frön och grödor från att nå de bönder och konsumenter som behöver dem mest. För Ronald bör det verkliga målet vara hållbarhet i vid bemärkelse, att tillämpa vilken kombination av avel, ekologiskt jordbruk eller genetisk teknologi som helst som hjälper oss att föda en växande befolkning utan att kräva en högre miljökostnad.

Vi måste göra politik baserad på bevis, och baserad på en bredare förståelse av jordbruket, säger Ronald. Det finns verkliga utmaningar för jordbrukare, och vi måste vara eniga i att använda all lämplig teknik för att ta oss an dessa utmaningar.

Dölj