Kasvinsuojelu on elämän suojelua – Turun yliopistossa on monipuolista kasvinterveyden osaamista

Kasvinterveys on ratkaisevassa roolissa globaalin ruokaturvan varmistamisessa ja tärkeää myös metsä- ja puutarhatalouden sekä luonnon monimuotoisuuden kannalta. Ilmastonmuutos ja luonnon köyhtyminen aiheuttavat kasvinterveydelle uusia vakavia uhkia. YK:n elintarvike- ja maatalousjärjestö FAO onkin nimennyt tämän vuoden kansainväliseksi kasvinterveysvuodeksi.

Tässä kirjoituksessa tuomme esille Turun yliopiston monipuolista kasvinterveysosaamista ja uusien kasvinjalostustekniikoiden merkitystä kasvinterveyden varmistamisessa.

Kasvinterveyden kansainvälisen teemavuoden (International Year of Plant Health, IYPH) tavoitteena on lisätä paitsi alan toimijoiden ja päättäjien, myös kansalaisten tietämystä kasvinterveyden merkityksestä ja siihen kohdistuvista uhista. Kasvinterveyttä uhkaavien erilaisten kasvintuhoajien, joita ovat esimerkiksi kasvinsyöjähyönteiset sekä sieni-, bakteeri- ja virustaudit, arvellaan aiheuttavan vuosittain globaalisti noin 200 miljardin euron tappiot. FAO:n arvion mukaan kasvintuhoajien vuoksi menetetään vuosittain jopa 40 % globaalista sadosta.

Taloudellisia tappioita vakavampaa on kasvintuhoajien uhka ruokaturvalle ja ihmiskunnan vakaudelle, sillä satojen tuhoutuminen voi pahimmillaan aiheuttaa nälänhätää ja lisätä konfliktien määrää. Kasvintuhoajat myös heikentävät sadon laatua ja ravitsemuksellista arvoa. Laadun heikentyminen voi myös hankaloittaa elintarviketeollisuuden prosesseja.

Aikamme globaalit ongelmat ovat valitettavan tiukasti kytköksissä toisiinsa – niin myös ruuantuotannon turvaaminen, ilmastonmuutos ja luonnon köyhtyminen eli biodiversiteettikriisi, jotka kaikki liittyvät kasvinterveyteen. Kansallisella ja EU:n yhteisellä lainsäädännöllä sekä viranomaisvalvonnalla on mahdollista estää elintarvikkeiden tai esimerkiksi puusta tehtyjen pakkausmateriaalien mukana leviävien kasvintuhoajien kulkeutumista Suomeen.

Ilmastonmuutoksen ja luonnon köyhtymisen edessä olemme kuitenkin voimattomampia, ja juuri niiden myötä kasvintuhoajat pystyvät tehokkaasti leviämään alueille, joissa ne eivät ole aiemmin eläneet. Kylmät talvemme ovat aiemmin tehokkaasti vähentäneet kasvintuhoajien aiheuttamia ongelmia. Leutojen talvien myötä useiden kasvitautien, esimerkiksi viljakasveja vaurioittavien ruostesienten talvehtiminen helpottuu ja riski niiden aiheuttamille satotappioille lisääntyy. Toimivissa ekosysteemeissä monimuotoinen lajisto ylläpitää tasapainoa, jossa yksittäiset lajit eivät saa ylivaltaa. Ekosysteeminen rapautuessa ne ovat alttiimpia häiriöille ja esimerkiksi maahamme leviäville kasvintuhoajille. Metsätaloudelle uhkaa aiheuttavat esimerkiksi Keski-Euroopassa yleiset havu- ja lehtinunna. Nämä perhoslajit ovat esimerkkejä metsätuholaisista, jotka saattavat tuhota laajojakin metsäalueita nopeasti. Niiden määrän oletetaan lisääntyvän Suomessakin ilmaston lämmetessä.

Ilmaston muuttuessa myös isäntäkasvien vastustuskyky kasvituhoajia vastaan saattaa alentua, sillä kasvin kärsiessä esimerkiksi vedenpuutteesta kuivien kesien vuoksi sen yleinen stressinsietokyky alenee, eivätkä puolustusmekanismit enää toimi yhtä hyvin kuin optimaalisemmissa ympäristöoloissa.

Turun yliopistossa on korkeatasoista kasvinterveyteen liittyvää biotiedeosaamista

Turun yliopistossa on monipuolista tutkimusosaamista kasvinterveyteen ja sen edistämiseen liittyen. Biokemian laitoksen Molekulaarisen kasvibiologian osastolla on jo vuosikymmenten ajan tutkittu yhteyttämistä eli fotosynteesiä. Kasvisolujen viherhiukkasissa tapahtuva fotosynteesi ei ”vain” tuota kasville –  ja muille eliöille, myös ihmiskunnalle – energiaa, vaan viherhiukkaset toimivat myös kasvien ympäristösensoreina. Kasvien molekyylitason signaalireitit ja sopeutumismekanismit vasteena erityyppisiin ympäristötekijöihin ovat tiukasti toisiinsa kytkeytyneitä, ja viherhiukkasten fotosynteesikoneiston onkin osoitettu olevan tärkeä myös kasvien immuunipuolustuksen käynnistämiselle ja toiminnalle.

Olemme Turussa esimerkiksi osoittaneet, että kasvin joutuessa tilanteeseen, jossa kirkkaat ja hämärät valojaksot muuttuvat melko nopeissa sykleissä, käynnistyy samojen puolustusgeenien ilmeneminen kuin kasvin altistuessa tuholaisille. Kasvien fotosynteesin ja puolustusmekanismien molekyylitason yhteyttä on tulevaisuudessa mahdollista hyödyntää kasvintuhoajien torjunnassa esimerkiksi kasvihuoneviljelyssä: tarkkaan suunnitellulla valaistuksella niin valon määrän kuin aallonpituuden suhteen voidaan indusoida kasvi käynnistämään puolustusmekanisminsa jo siinä vaiheessa, kun kasvitauti on vasta leviämässä kasvihuoneeseen, eikä vielä ole ehtinyt aiheuttaa suuria satotappioita.

Biokemian laitoksen molekulaarisen kasvibiologian yksikössä on pitkään tutkittu myös kasvivirusten, sekä bakteeri- ja sienitautien molekyylibiologiaa. Tätä osaamista hyödynnetään esimerkiksi viljoja infektoivan Fusarium-homesienen diagnostiikassa.

Turun yliopiston biodiversiteettiyksikköön kuuluva aerobiologian laboratorio tunnetaan siitepölyjen määrän ja leviämisen seurannasta ja erityisesti siitepölytiedotteistaan. Turun yliopiston aerobiologien siitepölyihin, ja laajemmin ilmavirtojen mukana kulkeutuviin partikkeleihin, liittyvää osaamista on mahdollista hyödyntää myös maanviljelyssä ja puutarhataloudessa esimerkiksi kasveja infektoivien sieni-itiöiden leviämisen ennustamisessa ja mallinnuksessa.

Biodiversiteettiyksikön perusosaaminen, liittyen esimerkiksi laajoihin luonnontieteellisiin kokoelmiin ja niihin liittyvään monipuoliseen tutkimukseen, on olennainen osa kasvinsuojelua, ja mukana kansallisella tiekartalla olevassa Suomen Lajitietokeskus-tutkimusinfrastruktuurissa (laji.fi), jota rahoitetaan Suomen Akatemian SA FIRI-ohjelmasta (Suomen Lajitietokeskus, FinBIF). Yksikkö kerää arvokasta pitkäaikaisaineistoa lajien, myös kasvintuhoajien, levinneisyydestä.

Biodiversiteettiyksikössä ja biologian laitoksella tehtävä ekologinen ja evoluutiobiologinen tutkimus, liittyen lajien välisiin vuorovaikutussuhteisiin ja dynamiikkaan, on tärkeää erityisesti metsiin liittyvässä kasvinsuojelussa.  Lajikoostumukseltaan ja ikärakenteeltaan monimuotoisten metsien tiedetään olevan paremmin turvassa erilaisilta kasvintuhoajilta. Tulevaisuuden metsätaloudessa alueiden suunnittelussa tuleekin huomioida entistä enemmän myös kasviterveyteen liittyvät näkökulmat.

Kasvinterveys on tärkeä tekijä myös Brahea-keskuksen yhteistyöhankkeessa Varsinais-Suomen puutarhatuottajien ja elintarvikejalostajien kanssa, ja tätä kautta osa yliopiston kestävän kehityksen mukaista alueellista vaikuttavuustyötä.

Uudet bioteknologiset kasvinjalostusmenetelmät ovat tärkeitä kasvinterveyden edistämisessä

Kasvien kestävyyteen kasvintuhoajia vastaan voidaan vaikuttaa kasvinjalostuksella. Jalostus perustuu aina siihen, että jälkeläisten perimä eli genomi poikkeaa vanhempien genomista. Kasveja on jalostettu vuosisatojen ajan risteyttämällä. Risteyttäminen on kuitenkin hidasta, ja haluttujen ominaisuuksien lisäksi jälkeläisiin periytyy usein myös ei-toivottuja ominaisuuksia. Perinteisen jalostuksen tehostamiseksi kasvigenomia muunnellaan usein joko itse kasviin tai niiden siemeniin kohdistuvalla mutaatioita aiheuttavalla radioaktiivisella säteilytyksellä tai kemikaaleilla. Nämäkin menetelmät ovat kuitenkin sattumanvaraisia ja siten osin tehottomia.

Modernit kasvinjalostustekniikat perustuvat nopeasti kasvavaan tietoon viljelykasvien genomeista ja geenien ilmenemisen säätelystä, ja tämän tiedon avulla pystytäänkin vaikuttamaan kohdennetusti ainoastaan haluttuun ominaisuuteen. Kasvibiotekniikan varhaisessa vaiheessa kasvin genomiin lisättiin vierasta materiaalia, esimerkiksi jonkin toisen lajin geeni tai geenin säätelyalue. Tuloksena syntyneet kasvit luokitellaan GMO-kasveiksi, joita koskeva lainsäädäntö on erittäin tiukka EU-alueella.

Uusi ja erittäin lupaava kasvinjalostustekniikka on niin kutsuttu geenieditointi eli CRISPR-tekniikka, jossa muokataan tarkasti kasvien omaa genomia ainoastaan halutusta kohdasta, eikä jälkeläisiin jää vierasta geeniaineista. Menetelmä on tarkka, nopea ja tehokas, ja sen odotettiin huomattavasti edistävän kasvinjalostusta ja sitä kautta kestävän kehityksen periaatteiden pohjalta toimivaa maataloutta ja ruuantuottoa. Vuonna 2018 Euroopan unionin tuomioistuin kuitenkin teki päätöksen, jonka mukaan geenieditoinnilla tuotetut kasvit tulkitaan geneettisesti muunnelluiksi organismeiksi (GMO). Tämä tieteenvastainen päätös hankaloittaa suuresti kasvitutkimusta ja –jalostusta EU:n alueella. Vaarana on, että Euroopan unioni jää jälkeen tutkimuksen kärjestä, ja niin akateemiset kasvitutkijat kuin kasvinjalostusyrityksetkin siirtyvät esimerkiksi Yhdysvaltoihin.

Turun yliopiston molekulaarisen kasvibiologian tutkijat ovat toimineet kiinteässä eurooppalaisessa yhteistyössä geenilakien muuttamiseksi siten, että tarkasti CRISPR-menetelmällä muokattuja kasveja ei sisällytettäisi EU:n GMO-lainsäädännön piiriin. Vaikuttamiskanavina ovat toimineet Euroopan kasvitieteellinen organisaatio EPSO (European Plant Science Organization) ja Eurooppalaisten tiedeakatemioiden yhteistyöjärjestö EASAC (European Academies´ Science Advisory Council), joissa tutkijamme ovat edustettuina. Pyrimme vaikuttamaan siihen, että EU muuttaisi nykyistä geenimuokkauslakiaan vastaamaan tutkittuun tietoon perustuvia kriteereitä ja poistaisi nopeasti geenieditoidut kasvit GMO-lainsäädännön piiristä. Uudistus on erittäin kiireellinen, viivästymisen uhatessa maatalouden innovaatioiden syntymistä ja sitä kautta kestävän kehityksen päämäärien (UN SDGs) saavuttamista vuoteen 2030 mennessä.

Kestävän ruuantuotannon varmistamiseksi kasvinterveys ja muut kasvien sato-ominaisuuksia parantavat seikat vaativat tutkittuun tietoon perustuvia moderneja käytänteitä, kuten geenieditointia. Viime heinäkuussa 126 eurooppalaista tutkimusorganisaatiota julkaisikin yhteisen julkilausuman Euroopan parlamentille ja Euroopan komissiolle geenieditoinnin puolesta. Olemme iloisia, että Turun yliopisto oli silloisen rehtorimme Kalervo Väänäsen kautta yksi suomalaisista julkilausuman allekirjoittajista yhdessä Helsingin yliopiston, Luonnonvarakeskuksen, VTT:n ja Suomen molekyylilääketieteen instituutti FIMM:n kanssa.

Ilman terveitä kasveja ihmiskunnan ruokaturva on vaarassa. Kasvinterveys on avainasemassa myös maa- ja metsätalouden tuotolle sekä luonnon monimuotoisuudelle ja ympäristönsuojelulle. Turun yliopistossa tehtävällä monitieteisellä kasvitutkimuksella onkin tärkeä rooli alueellisen, kansallisen ja globaalin kasvinterveyden edistämisessä.

Eva-Mari Aro, Marjaana Suorsa & Ilari E. Sääksjärvi

Tietoa kirjoittajista:

• Eva-Mari Aro on tieteen akateemikko ja kasvibiologi Turun yliopistosta. Hän työskentelee biokemian laitoksessa fotosynteesiin liittyvän perustutkimuksen ja tulevaisuuden sovellusten parissa.
• Marjaana Suorsa on kasvibiologian dosentti, työskentelee Kehittämispalveluissa kehittämisasiantuntijana ja toimii valmistelijana Turun yliopiston kestävän kehityksen ohjausryhmässä.
• Ilari E. Sääksjärvi on biodiversiteettitutkimuksen professori ja sademetsätutkija. Hän toimii Turun yliopiston biodiversiteettiyksikön johtajana ja on mukana kestävän kehityksen ohjausryhmässä.