Kasvinjalostus

Kasvinjalostuksella tarkoitetaan kasvien ominaisuuksien parantamista, joka alkoi samoihin aikoihin, kun ihminen alkoi viljellä maata. Kasvinjalostusta tehdään ravintokasveilla, koristekasveilla ja puilla.

Kasvinjalostuksen tuloksena syntyy lajike, jolle annetaan mm. oma nimi. Lajikkeiden tulee olla erotettavissa toisistaan. Nykyisin tärkeitä jalostettavia ominaisuuksia esimerkiksi viljoilla ovat kasvuaika, korren pituus, taudinkestävyys, sadon määrä ja sadon laatu.

Perinnöllistä muuntelua ja parhaiden yksilöiden valintaa

Kasvinjalostus perustuu perinnölliseen muunteluun ja parhaiden yksilöiden valintaan. Nämä kaksi tekijää ovat keskeisiä kasvinjalostajan työssä. Kasvinjalostus on tutkimustyötä, jonka tavoitteena on hallita ominaisuuksien perinnöllinen muuntelu. Kasvin ominaisuuksien muunteluun vaikuttavat kasvin perimäaines eli geenit ja ympäristötekijät. Eräät ominaisuudet ovat yhden geenin säätelemiä, toisia ominaisuuksia säätelevät useat geenit yhtä aikaa.

Perinteiset kasvinjalostuksen menetelmät

Vuosisatojen aikana kasvinjalostus on johtanut nykyisten satoisien viljelylajien ja -lajikkeiden syntymiseen. Jalostajat ovat historian aikana kehittäneet uusia menetelmiä perinnöllisen muuntelun luomiseksi ja valinnan tehostamiseksi.

Valintajalostus

Ensimmäinen kasvinjalostus oli parhaiden kasviyksilöiden valintaa. Nykyisin valintajalostusta käytetään muiden menetelmien apuna. Valintajalostuksen mahdollisuudet ovat rajalliset, koska tällöin jalostaja työskentelee ainoastaan luonnossa itsestään syntyneen muuntelun varassa.

Risteytysjalostus

Risteytysjalostuksessa luodaan uusia perintötekijäyhdistelmiä kasveja risteyttäen. Risteytys on eniten käytetty jalostusmenetelmä ja sen avulla pyritään yhdistämään risteytettävien kasvien arvokkaita ominaisuuksia. Risteytysjälkeläisissä perintötekijät ryhmittyvät uudella tavalla sattumanvaraisesti, joten jalostajan pitää arvioida ja tutkia suuri joukko yksilöitä.

Mutaatiojalostus

Mutaatiojalostuksella muutetaan perintötekijöiden rakennetta. Mutaatioita syntyy luonnossa jatkuvasti itsestäänkin, mutta niiden syntymistiheyttä voidaan lisätä esimerkiksi käyttämällä esim. säteilyenergiaa tai kemiallisia aineita. Mutaatiokäsittely tehdään tietyssä kasvin kehitysvaiheessa.

Mutaatiojalostuksella on parannettu esimerkiksi sadon aikaisuutta, korrenlujuutta ja taudinkestävyyttä. Nykyään mutaatiojalostuksen merkitys on kuitenkin vähäinen.

Polyploidiajalostus

Polyploidiajalostus on mutaatiojalostuksen erikoistapaus, jossa perinnöllisen materiaalin (yksittäiset kromosomit tai kokonaiset kromosomistot) määrä lisääntyy. Polyploidia lisää kasvua, joten siitä on hyötyä silloin, kun kasvin sato korjataan kasvullisesta kasvinosasta, esimerkiksi versoista tai juurista.

Polyploidian avulla voidaan myös mm. kahden lajin risteymä esim. ruisvehnä (rukiin ja vehnän risteytys) saada lisääntymiskykyiseksi.

Heteroosijalostus

Heteroosi- eli hybridijalostuksessa käytetään hyväksi sadontuottokykyä lisäävää heteroosi-ilmiötä. Heteroosi syntyy, kun perimältään erilaiset ristipölytteisen lajin yksilöt risteytetään keskenään. Heteroosi ilmenee vain ensimmäisissä jälkeläispolvissa, joten uusi kylvösiemen on hankittava joka kasvukautta varten.

Useimmat maissilajikkeet ovat hybridejä.

Haploidiajalostus

Haploidiajalostuksessa käytetään hyväksi ns. haploideja kasveja, jotka poikkeavat normaalista kasvista siinä, että ne sisältävät vain puolet kasvin normaalista kromosomimäärästä. Haploideja voidaan tuottaa esimerkiksi lajien välisen risteytyksen (vehnä x maissi) tai kasvien solukkoviljelyn avulla.

Solukkoviljelyssä haploidit kasvatetaan siitepölyhiukkasen esiasteista, jotka luonnostaan sisältävät puolet lajin normaalista kromosomiluvusta. Kromosomiluvun kahdentaminen tuottaa perinnölllisesti täysin yhtenäisiä kasveja (ns. kaksoishaploideja).

Haploidiajalostus nopeuttaa merkittävästi kasvinjalostusta.

Geenitekniikka

1980-luvulta lähtien jalostuksen avuksi on tullut geenitekniikka, geeninsiirron menetelmät. Geenitekniikan avulla saadaan entistä yksityiskohtaisempaa tietoa geenien rakenteesta ja sen  avulla kasveihin voidaan siirtää geenejä tai säädellä, esim. estää, kasvien olemassa olevien geenien toimintaa.

Geenitekniikalla muunnettuja organismeja kutsutaan muuntogeenisiksi organismeiksi ja niistä käytetään lyhennettä GMO (genetically modificated organism). Toisinaan muuntogeenisista organismeista käytetään myös nimitystä siirtogeeninen, sillä geenitekniikan avulla eliöihin pystytään siirtämään geenejä ja saada aikaan geeniyhdistelmiä, jotka eivät perinteisemmällä jalostuksella olisi mahdollisia. Geenitekniikan avulla kasveihin voidaan siirtää geenejä esimerkiksi eläimistä.

Geenitekniikassa hyödynnetään yhdistelmä-DNA-tekniikkaa.  Kasvien kohdalla geenien siirtoon käytetään yleensä muuntogeenisiä agrobakteereita (Agrobacterium tumefaciens) tai ns. geenipyssyä, tai protoplastifuusiota yhdistettynä esimerkiksi elektroporaatioon. Geeninsiirron avulla on muutettu mm. kasvien kestävyys- ja laatuominaisuuksia, jolloin kasvit ovat vastustuskykyisempiä tuholaisille ja kasvitaudeille.

Muuntogeenisten organismien valmistus ja niiden käyttö on luvanvaraista toimintaa, ja se edellyttää aina riskinarvioinnin tekemistä.

Crispr-Cas -tekniikka

Geenitekniikkaa uudempi, kasvinjalostuksessa 2014 käyttöön otettu geenien muokkaustekniikka on Crispr-Cas eli ns. geenisaksien käyttö.  Sen avulla perimää muokataan poistamalla tai lisäämällä eliön omia DNA-pätkiä. Eliöön ei siis siirretä geenejä toisesta lajista. Tekniikka perustuu aiempaa tarkempaan DNA:n katkaisuun. Muutoksia perimään voidaan tehdä yksittäisten emästen tasolla, joten esim. tarkoituksellisten pistemutaatioiden teko on mahdollista. Toisin kuin muuntogeenisten organismien valmistuksesta, Crispr-tekniikan avulla tehdyistä muutoksista ei kuitenkaan jää jälkeä, joten sen valvominen on hankalaa.

Lainsäädännöllisistä syistä geenisaksien käyttö kasvinjalostuksessa saattaa EU:n alueella kuitenkin jäädä vähäiseksi. Heinäkuussa 2018 EU:n tuomioistuin päätti, että Crispr-tekniikalla muokatut lajikkeet tulkitaan lainsäädännössä GM-lajikkeiksi. Myös niiden osalta tulee siis aina tehdä riskinarviointi.