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Ecology of genetically modified wheat : performance, resistance costs, mixture effects and gene flow


Zeller, Simon Lukas. Ecology of genetically modified wheat : performance, resistance costs, mixture effects and gene flow. 2011, University of Zurich, Faculty of Science.

Abstract

Abstract Years after the commercialisation of genetically modified (GM) plants, the debate about their potential risks and benefits is still ongoing. Surprisingly little is known about interactions between GM plants and their environment. In this thesis, I present glasshouse and field experiments that shed light on the ecological behaviour of GM wheat carrying fungal resistance transgenes. We found that these GM lines had poor performance and that the transgenes caused unexpected effects in the field despite high performance and no unexpected effects in the glasshouse. Interestingly, even GM lines with identical transgenes differed among each other. This suggests that transgene expression levels influence the ecological behaviour of GM crops more than we would expect from the simple presence of additional genes. It is therefore essential to assess risks and benefits of GM lines on a case-by-case basis and when possible in the field. Finally, we could demonstrate positive diversity effects — GM lines performed better when grown in mixtures than in monoculture. Such basic ecological knowledge can potentially improve sustainability and productivity of agricultural systems. Zusammenfassung Auch Jahre nach der Kommerzialisierung der ersten gentechnisch veränderten (GV) Pflanzen ist der Streit über deren Nutzen und Risiken nicht abgeklungen. Obwohl sich inzwischen viele Studien mit diesem Thema beschäftigt haben, ist über die Interaktionen von GV-Pflanzen mit ihrer Umwelt wenig bekannt. In dieser Dissertation wird das ökologische Verhalten von pilzresistenten GV-Weizenlinien mit einer Reihe von Gewächshaus- und Feldexperimenten untersucht. Im Gewächshaus lieferten die untersuchten GV-Weizenlinien gute Erträge und zeigten auch sonst keine Auffälligkeiten. Im Feld litten die gleichen Weizenlinien jedoch unter Fitnesseinbussen und unerwartete Nebeneffekten. Interessant war zudem, dass sich einige GV-Linien trotz identischen Transgenen in verschiedenen Merkmalen voneinander unterschieden. Die Erklärung dafür könnte in der unterschiedlichen Expression der Transgene liegen. GV-Linien mit starker Transgenexpression waren stärker von negativen Effekten betroffen als GV-Linien mit tiefer Expression. Es ist wahrscheinlich, die Stärke der Transgenexpression die Ökologie von GV-Pflanzen stärker beeinflussen kann als das Vorhandensein von zusätzlichen Genen. Es ist deshalb wichtig, dass Nutzen- und Risiko Analysen einzeln für jede GV-Line durchgeführt werden. Zudem müssen solche Analysen wenn möglich direkt im Feld durchgeführt werden. Sonst kann das ökologische Verhalten dieser Pflanzen falsch eingeschätzt und mögliche unerwartete Nebeneffekte übersehen werden. Schliesslich wurden in einem Experiment positive Diversitätseffekte gefunden - GV Linien lieferten grössere Erträge und waren Resistenter gegen Mehltaupilze wenn sie nicht in Monokultur sondern in Mischungen angesät wurden. Solche grundlegenden, ökologischen Erkenntnisse könnten die Nachhaltigkeit und Produktivität unserer Landwirtschaft verbessern.

Abstract

Abstract Years after the commercialisation of genetically modified (GM) plants, the debate about their potential risks and benefits is still ongoing. Surprisingly little is known about interactions between GM plants and their environment. In this thesis, I present glasshouse and field experiments that shed light on the ecological behaviour of GM wheat carrying fungal resistance transgenes. We found that these GM lines had poor performance and that the transgenes caused unexpected effects in the field despite high performance and no unexpected effects in the glasshouse. Interestingly, even GM lines with identical transgenes differed among each other. This suggests that transgene expression levels influence the ecological behaviour of GM crops more than we would expect from the simple presence of additional genes. It is therefore essential to assess risks and benefits of GM lines on a case-by-case basis and when possible in the field. Finally, we could demonstrate positive diversity effects — GM lines performed better when grown in mixtures than in monoculture. Such basic ecological knowledge can potentially improve sustainability and productivity of agricultural systems. Zusammenfassung Auch Jahre nach der Kommerzialisierung der ersten gentechnisch veränderten (GV) Pflanzen ist der Streit über deren Nutzen und Risiken nicht abgeklungen. Obwohl sich inzwischen viele Studien mit diesem Thema beschäftigt haben, ist über die Interaktionen von GV-Pflanzen mit ihrer Umwelt wenig bekannt. In dieser Dissertation wird das ökologische Verhalten von pilzresistenten GV-Weizenlinien mit einer Reihe von Gewächshaus- und Feldexperimenten untersucht. Im Gewächshaus lieferten die untersuchten GV-Weizenlinien gute Erträge und zeigten auch sonst keine Auffälligkeiten. Im Feld litten die gleichen Weizenlinien jedoch unter Fitnesseinbussen und unerwartete Nebeneffekten. Interessant war zudem, dass sich einige GV-Linien trotz identischen Transgenen in verschiedenen Merkmalen voneinander unterschieden. Die Erklärung dafür könnte in der unterschiedlichen Expression der Transgene liegen. GV-Linien mit starker Transgenexpression waren stärker von negativen Effekten betroffen als GV-Linien mit tiefer Expression. Es ist wahrscheinlich, die Stärke der Transgenexpression die Ökologie von GV-Pflanzen stärker beeinflussen kann als das Vorhandensein von zusätzlichen Genen. Es ist deshalb wichtig, dass Nutzen- und Risiko Analysen einzeln für jede GV-Line durchgeführt werden. Zudem müssen solche Analysen wenn möglich direkt im Feld durchgeführt werden. Sonst kann das ökologische Verhalten dieser Pflanzen falsch eingeschätzt und mögliche unerwartete Nebeneffekte übersehen werden. Schliesslich wurden in einem Experiment positive Diversitätseffekte gefunden - GV Linien lieferten grössere Erträge und waren Resistenter gegen Mehltaupilze wenn sie nicht in Monokultur sondern in Mischungen angesät wurden. Solche grundlegenden, ökologischen Erkenntnisse könnten die Nachhaltigkeit und Produktivität unserer Landwirtschaft verbessern.

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Item Type:Dissertation (monographical)
Referees:Schmid Bernhard, Hector Andrew
Communities & Collections:UZH Dissertations
Dewey Decimal Classification:570 Life sciences; biology
Language:English
Place of Publication:Saarbrücken
Date:2011
Deposited On:20 Mar 2012 08:36
Last Modified:24 Sep 2019 18:31
Publisher:Südwestdeutscher Verlag für Hochschulschriften
Number of Pages:203
ISBN:978-3-8381-2982-2
Additional Information:Enthält Sonderdrucke
OA Status:Green
Related URLs:https://www.recherche-portal.ch/primo-explore/fulldisplay?docid=ebi01_prod006958891&context=L&vid=ZAD&search_scope=default_scope&tab=default_tab&lang=de_DE (Library Catalogue)

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