Interactions between transgenic trees and mycorrhizal and pathogenic fungi

The development of biotechnology techniques in plant breeding and the new commercial applications have raised public and scientific concerns about the safety of genetically modified (GM) crops and trees. To find out the feasibility of these new technologies in the breeding of commercially important Finnish hardwood species and to estimate the ecological risks of the produced transgenic plants, the experiments of this study have been conducted as a part of a larger project focusing on the risk assessment of GM-trees. Transgenic Betula pendula and Populus trees were produced via Agrobacterium mediated transformation. Stilbene synthase (STS) gene from pine (Pinus sylvestris) and chitinase gene from sugar beet (Beta vulgaris) were transferred to (hybrid) aspen and birch, respectively, to improve disease resistance against fungal pathogens. To modify lignin biosynthesis, a 4-coumarate:coenzyme A ligase (4CL) gene fragment in antisense orientation was introduced into two birch clones. In in vitro test, one transgenic aspen line expressing pine STS gene showed increased resistance to decay fungus Phellinus tremulae. In the field, chitinase transgenic birch lines were more susceptible to leaf spot (Pyrenopeziza betulicola) than the non-transgenic control clone while the resistance against birch rust (Melampsoridium betulinum) was improved. No changes in the content or composition of lignin were detected in the 4CL antisense birch lines. In order to evaluate the ecological effects of the produced GM trees on non-target organisms, an in vitro mycorrhiza experiment with Paxillus involutus and a decomposition experiment in the field were performed. The expression of a transgenic chitinase did not disturb the establishment of mycorrhizal symbiosis between birch and P. involutus in vitro. 4CL antisense transformed birch lines showed retarded root growth but were able to form normal ectomycorrhizal associations with the mycorrhizal fungus in vitro. 4CL lines also showed normal litter decomposition. Unexpected growth reductions resulting from the gene transformation were observed in chitinase transgenic and 4CL antisense birch lines. These results indicate that genetic engineering can provide a tool in increasing disease resistance in Finnish tree species. More extensive data with several ectomycorrhizal species is needed to evaluate the consequences of transgene expression on beneficial plant-fungus symbioses. The potential pleiotropic effects of the transgene should also be taken into account when considering the safety of transgenic trees.

Lihaluujauhon soveltuvuus sokerijuurikkaan lannoitteeksi

Lihaluujauho muodostaa maatilojen myytävien kasvi- ja eläinperäisten tuotteiden jälkeen tärkeimmän agroekosysteemeistä poispäin suuntautuvan ravinnevirran. Se sisältää runsaasti pääkasvinravinteita typpeä, fosforia ja kalsiumia (N ~8%, P ~5%, Ca yleensä ~10-15% luuaineksen määrästä riippuen), sekä kaliumia n.1% tai alle. Lihaluujauho on todettu tehokkaaksi lannoitteeksi useilla viljelykasveilla ja sen käyttö on sallittu myös luomuviljelyssä EU-alueella. Lihaluujauhoon ja erityisesti sen rehukäyttöön liittyvistä riskeistä merkittävin on TSE-tautien riski (naudan BSE-, lampaiden ja vuohien scrapie-, sekä ihmisen vCJD-taudit). Rehukäyttöä on monissa maissa rajoitettu 1980-luvulla puhjenneen BSE-kriisin myötä. BSE-taudin leviäminen yhdistettiin tilanteeseen, jossa nautaperäistä lihaluujauhoa käytettiin nautaeläinten rehun ainesosana. Myös lihaluujauhon käytössä turkiseläinrehuna saattaa piillä BSE:n tai muun TSE-taudin riski. Oikein käsitellyn lihaluujauhon lannoitekäyttöön ei kuitenkaan näytä tarkastelemieni tutkimusten perusteella sisältyvän huomattavaa TSEriskiä, jos huolehditaan asianmukaisista varotoimista ja menettelyistä sekä tuotteen valmistusprosessissa, että käytettäessä lannoitetta. Lihaluujauhon lannoitekäytön lisääminen edistäisi ruokajärjestelmämme ravinnekierron sulkemista etenkin fosforin osalta. Lihaluujauho on uusiutuva luonnonvara, jonka lannoitekäytöllä voitaisiin korvata huomattava osa lannoiteaineena kulutettavista fosforipitoisista kiviaineista. Sokerijuurikkaan lannoituskokeissa Varsinais-Suomen Kaarinassa vuosina 2008 ja 2009 lihaluujauhokäsittelyt eivät menestyneet aivan yhtä hyvin satotasovertailussa kuin kontrollikäsittelyiden NPK-väkilannoitteet, mutta laatuominaisuuksiltaan (sokeripitoisuus, amino-N, K, ja Na-pitoisuudet) joiltakin osin kontrollikäsittelyjä paremmin. Kokeissa käytetyt lajikkeet olivat ’Jesper’ vuonna 2008 ja ’Lincoln’ vuonna 2009. Käytetty lihaluujauholannoite oli Honkajoki Oy:n Viljo Yleislannoite 8-4-3, joka sisälsi noin 10% kaliumsulfaatin ja kasviperäisten sivutuotteiden seosta. Viljo-lannoitetta käytettiin sekä yksistään, että yhdistettynä 10-25%:iin väkilannoitetta. Vuoden 2009 Viljo-koejäseniin vielä lisättiin kaliumsulfaattilannoitetta (42% K, 18% S), jotta päästiin annetun kaliumin määrässä päästiin lannoitussuosituksen (60 kg K/ha) tasolle. Pelkkä Viljo-lannoite tuotti merkitsevästi alhaisemmat sadot kuin kontrollikäsittelyt molempina vuosina. Kuitenkin kun Viljolannoitteen ohella käytettiin väkilannoitetta (10-25% kasvin typentarpeesta) päästiin varsin lähelle kontrollikäsittelyiden satotasoja. Myös pelkän LLJ-lannoitteen tuottamat satotasot olivat kuitenkin selvästi paremmat kuin Suomen keskimääräiset juurikassadot. Viljo-käsittelyillä oli selvästi positiivinen vaikutus laatutekijöihin amino-N, K ja Na vuonna 2008, mutta vuonna 2009 näiden pitoisuudet jäivät kontrollikäsittelyjen tasolle. Viljo-käsittelyiden sokeripitoisuudet olivat vuonna 2008 kontrollikäsittelyn luokkaa ja Viljo77%+NK1:n osalta kontrollia merkitsevästi paremmat. Vuoden 2009 sokeripitoisuudet olivat kaikilla koejäsenillä erinomaiset, ja käsittelyiden välillä ei ilmennyt merkitseviä eroja. Kokeiden perusteella kaliumsulfaatilla täydennetty lihaluujauho on hyvin toimiva lannoite sokerijuurikkaalla Suomen olosuhteissa, etenkin yhdistettynä väkilannoitteeseen.

Ultrasound-assisted surface engineering of pharmaceutical powders

Effective processing of powdered particles can facilitate powder handling and result in better drug product performance, which is of great importance in the pharmaceutical industry where the majority of active pharmaceutical ingredients (APIs) are delivered as solid dosage forms. The purpose of this work was to develop a new ultrasound-assisted method for particle surface modification and thin-coating of pharmaceutical powders. The ultrasound was used to produce an aqueous mist with or without a coating agent. By using the proposed technique, it was possible to decrease the interparticular interactions and improve rheological properties of poorly-flowing water-soluble powders by aqueous smoothing of the rough surfaces of irregular particles. In turn, hydrophilic polymer thin-coating of a hydrophobic substance diminished the triboelectrostatic charge transfer and improved the flowability of highly cohesive powder. To determine the coating efficiency of the technique, the bioactive molecule β-galactosidase was layered onto the surface of powdered lactose particles. Enzyme-treated materials were analysed by assaying the quantity of the reaction product generated during enzymatic cleavage of the milk sugar. A near-linear increase in the thickness of the drug layer was obtained during progressive treatment. Using the enzyme coating procedure, it was confirmed that the ultrasound-assisted technique is suitable for processing labile protein materials. In addition, this pre-treatment of milk sugar could be used to improve utilization of lactose-containing formulations for populations suffering from severe lactose intolerance. Furthermore, the applicability of the thin-coating technique for improving homogeneity of low-dose solid dosage forms was shown. The carrier particles coated with API gave rise to uniform distribution of the drug within the powder. The mixture remained homogeneous during further tabletting, whereas the reference physical powder mixture was subject to segregation. In conclusion, ultrasound-assisted surface engineering of pharmaceutical powders can be effective technology for improving formulation and performance of solid dosage forms such as dry powder inhalers (DPI) and direct compression products.