Jalostajan on tunnettava kasvin geenit ja ominaisuudet

Peltokasvien jalostus on yhdistelmä perinteisiä valintamenetelmiä sekä moderneita genomianalyysimenetelmiä.  

Kasvinjalostuksessa on perinteisesti käytetty jalostusarvojen laskentaa ristipölytteisillä kasvilajeilla, kuten timoteilla. Itsepölytteisillä viljoilla kuten vehnällä, kauralla ja ohralla vanhempien valinta on perustunut lähinnä mitattaviin ominaisuuksiin. Genomitieto tuo uuden ulottuvuuden vanhempien ja jatkoon menevien lajikekandidaattien valintaan. 

Genotyypitykseen perustuva genomivalinta on nykyään tärkeä osa jalostusta. Siinä ennustetaan kasvin perimän perusteella ominaisuuksia kuten sitä onko kasvi satoisa, onko sillä tarpeeksi vahva korsi tai tietyt taudinkestävyysgeenit.  

– Borealilla käytämme ennustamisen pohjana genomimalleja, joihin on yhdistetty DNA-tieto sekä kaikki mittaustulokset kenttäkokeistamme eri puolilta Suomea 10 vuoden ajalta. Mallin ennustuskyky riippuu paljon datan laadusta ja kasvin ominaisuuksien perinnöllisyydestä, kertoo kehityspäällikkö Outi Manninen Boreal Kasvinjalostuksesta. 

Geenikopioiden määrä vaikuttaa  

Osa kasvin ominaisuuksista määräytyy geenien toiminnan tuloksena, mutta suurimpaan osaan ympäristö vaikuttaa enemmän. Ympäristön vaikutuksia ei voida ennustaa yhtä tarkasti kuin perimän.  

Jos ominaisuuden taustalla on iso verkosto geenejä, ei ominaisuuksien editointi ole mahdollista. 

Eri kasvilajien jalostus lähtee hyvin eri lähtökohdista.  

Esimerkiksi ohra on perimältään yksinkertainen diploidi eli perimässä on molemmilta vanhemmilta yksi genomi ja jokaista kromosomia on kaksi. Kaura on puolestaan paljon monimutkaisempi heksaploidi, jonka perimä on evoluutiossa kehittynyt kolmesta kasvista ja jonka jokaisesta geenistä on useampi kopio.  

–  Kaurasta on vaikeaa erottaa, mistä jokin sen ominaisuus tulee, koska geenistä on monta kopiota ja editoinnin kohdentaminen vaikeampaa. On tunnettava geenit, kopioiden määrä ja tiedettävä, missä päin genomia ne ovat. Kehitystyö on vaativampaa. Meillä on kuitenkin hyvät työkalut kauran jalostukseen ja harjoittelemme jo kauran geenien editointia ja kehitämme genomivalinnan menetelmiä, kertoo johtava tutkija ja tutkimuspäällikkö Sirja Viitala Luonnonvarakeskuksesta.  

Geenieditoinnin ja genomisen valinnan perustana on genomin sekvensointi. Esimerkiksi rypsin genomia ei ole vielä sekvensoitu. 

–  Genova-hankkeessa olemme lähteneet sekvensoimaan rypsin genomia. Rypsillä on todella pieni genomi ja se on myös diploidi. Yksi hankkeen tavoitteista on editoida rypsiä taudinkestävämmäksi, Viitala avaa. 

Teollinen laatu jäänyt vähemmälle huomiolle  

Jalostaminen ei ole nopeaa työtä. Uuden lajikkeen kehitystyö vie noin 10–15 vuotta, nopeimmillaankin vähintään viisi vuotta. Haasteena onkin tarpeiden tunnistaminen yli kymmenen vuoden päähän. On ymmärrettävä, mihin ympäristöolosuhteet ja viljelymenetelmät tällä aikavälillä menevät.  

Ideaalitapauksessa lajikkeet tuottaisivat tasaisen laadun ja sadon kasvuolosuhteista riippumatta. Jalostuksessa on keskitytty paljon satovarmuuteen sekä lisäämään ympäristöstressitekijöiden, kuten kuivuuden ja märkyyden ja tautien sietoa.  

Kun lajikkeita jalostetaan taudinkestävämmiksi, pohjoismainen yhteistyö on avainasemassa.  

–  Seuraamme tarkasti, millaisia kasvitauteja on etelämpänä Euroopassa, sillä pian ne ovat myös Suomessa. Kartoitamme taudinkestävyysgeenejä, joita tarvitsemme aineistoihimme, ja sitä, mitkä geenit olisivat parhaita. Kestävyys taudeille ja tuholaisille pitäisi löytyä kasvin omasta perimästä, sillä torjunta-aineiden käyttö EU:ssa tiukentuu, valottaa Manninen.  

Laadun jalostus on ollut vähäisempää.  

– Laadun jalostukseen on herätty, kun uudet kasvipohjaiset sovellukset ovat lisääntyneet. On eri asia tehdä samasta raaka-aineesta jauhoja ja hiutaleita kuin gurtteja, liha-analogeja tai uuselintarvikkeita. On mietittävä, minkälaiset lajikkeet sopivat esimerkiksi meijeriteollisuuteen ja miten niitä voisi kehittää menettämättä satotasoja, opastaa Viitala. 

Laadun lisäksi raaka-aineiden tasainen saatavuus on alkanut kiinnostaa elintarviketeollisuutta. Leipomoita ja myllyjä huolestuttaa esimerkiksi syysvehnän viljelyn yleistyminen ja kevätvehnän viljelyn lasku. Syysvehnä on korkeasatoista, mutta leivontaominaisuuksiltaan selkeästi kevätvehnää heikompaa. Syysvehnän satoisuus perustuu siihen, että jos se on tarpeeksi talvenkestävä, se on ehtinyt kasvattamaan nykyään yleisten kevätkuivuuksien varalta syvät juuret. 

– Viljelijä hakee suurta satoa ja leipomo puolestaan hyvää leivontalaatua. Parempi leivontalaatu puolestaan yleensä korreloi negatiivisesti sadon kanssa. Yli kymmenen vuoden jalostustyön tuloksena olemme kehittäneet syysvehnälajike Bor Leivon, jossa yhdistyy hyvä leivontalaatu, sato ja talvenkestävyys, iloitsee Manninen. 

Esimerkki Borealin tiiviistä yhteistyöstä teollisuuden kanssa on maailman korkeimman entsyymipitoisuuden omaava ohra, Repekka, jota Viking Malt myy maailmalle erikoismaltaana. Entsyymiohran jalostusohjelmassa pyrimme vielä parantamaan sen satoisuuttaja jyväkokoa samalla pitäen yllä korkeaa entsyymiaktiivisuutta.  

Kun jotain ominaisuutta parannetaan, usein jokin toinen ominaisuus heikkenee.   

– Esimerkiksi kaurasta on haluttu tehdä ohutkuorisempia lajikkeita, mutta ohutkuorinen kaura vaikuttaa olevan punahomeelle alttiimpi. Toinen esimerkki on härkäpavun makuun vaikuttavat tanniinit. Kun tanniinit vähenevät, satotasot laskevat väistämättä jopa yli 20 prosenttia. Jalostajan maailma on täynnä kompromisseja, Manninen pohtii.   

Jotta uuden lajikkeen jalostaminen kannattaa aloittaa, lajikkeella on oltava näkyvissä markkina ja mahdollisuus toimivaan arvoketjuun.  

– Jotta uusi lajike päätyy viljelyyn, sen on tuotettava arvoa niin viljelijälle kuin teollisuudellekin.