Biotechnologia roślin a postęp biologiczny

Podstawowymi korzyściami
wynikającymi z wprowadzenia systemu
haploidalnego do hodowli są:
• skrócenie czasu produkcji linii
homozygotycznych;
• zwiększenie efektywności selekcji
pożądanych rekombinantów;
• utrwalanie addytywnej zmienności w
czystych liniach.
HD
nasiona
Nasiona
Selfowanie
36 0
Rośliny
diploidalne
9
26
tygodnie
12
Zapylenie in situ
pyłkiem
napromienionym
(300 Gy)
Indukcja
partenogenez
y
zarodek
18
Kiełkowanie
in vitro
Diploidyzacja
(kolchicyna)
Kultura in vitro
Roślina
haploidalna
klon
Mikrorozmnażanie
Eksperymentalny proces haplodiploidyzacji u melona (Cucumis
melo L.)
Porównanie selekcji na trzy cechy z wykorzystaniem
podwojonych haploidów i pokolenia F2
Sposób dziedziczenia
3 geny recesywne
frekwencja w populacji
selekcja fenotypowa
homozygoty
3 geny dominujące
frekwencja w populacji
selekcja fenotypowa
homozygoty
Podwojone
haploidy
Pokolenie F2
(1/2)3
1/8
1/8
(1/4)3
1/64
1/64
(1/2)3
1/8
1/8
(3/4)3
27/64
1/64
Inżynieria genetyczna
to zespół technik
umożliwiających
swobodne przenoszenie genów
z dowolnego organizmu do
każdego innego.
czyli
Określony organizm ma
wytwarzać polipeptyd, który
jest w naturze produkowany
przez inny organizm.
Organizm modyfikowany
genetycznie (GMO)
organizm inny niż organizm człowieka, w
którym materiał genetyczny został
zmieniony w sposób niezachodzący w
warunkach naturalnych wskutek
krzyżowania lub naturalnej rekombinacji.
Ustawa z dnia 22 czerwca 2001 r. o ORGANIZMACH GENETYCZNIE
ZMODYFIKOWANYCH (Dziennik Ustaw z dnia 25 lipca 2001 r. Nr 76, poz.
811)
Zastosowanie inżynierii genetycznej w
hodowli roślin uprawnych
• Wprowadzenie do genomu roślin uprawnych
genów odporności na herbicydy, insekty, wirusy i
grzyby, a następnie wyprowadzenie z nich
odpornych linii użytkowych
• Wprowadzenie do genomu roślin uprawnych
genów zwiększających ich tolerancję na stres i
niekorzystne warunki środowiska, np. zasolenie,
jony metali ciężkich, niskie temperatury, susza
Zastosowanie inżynierii genetycznej w
hodowli roślin uprawnych
• Zwiększenie wartości żywieniowych i
technologicznych roślin uprawnych
• Obniżenie energochłonności produkcji roślinnej
dzięki rozszerzeniu biologicznego wiązania
azotu atmosferycznego przez rośliny uprawne i
tym samym zmniejszenie zależności plonowania
od nawożenia mineralnego
Kierunki modyfikacji
genetycznych roślin:
1.Odporność
Udoskonalanie
cech
rolniczych
(związanych z ich
na
herbicydy
substancja
czynna
glifosat
Modyfikacja
zawartości
kwasów
tłuszczowych w nasionach rzepaku
Odporność
na szkodniki
owadzie
wzrostem,
rozwojem
i plonowaniem)
oraznową
zmiany
w
Wprowadzono
metodą
agroinfekcji
gen EPSPS
(kodujący
formę
Odporność
na
wirusy
Odporność
na
herbicydy
oxynilowe
(akumulacja
triacylglicerydów
zawierających
zestryfikowane
formy
kwasu
Ziemniak odporny na owady Coleoptera
budowie
i bxn
funkcjonowaniu
części
wegetatywnych
enzymu:
5-enolopyruvylshikimate-3-phosphate
synthase)
Ziemniak
odporny
na
PVY
Wprowadzono
gen
(kodujący
nitrylazę
hydrolizującą
laurynowego
oraz
niższa
zawartość
kwasu
mirystynowego).
Odporność
na
herbicydy
substancja
czynna
PPT
fosfinotrycyna
Wprowadzono
gen
cry3a
z
Bacillus
thuringensis
subsp.herbicydy
tenebrionis.
Odporność
na
szkodniki
owadzie
zWprowadzono
Agrobacterium
tumefaciens
szczep
CP4.
roślin,
np.
gen
białka
płaszcza
wirusa
zz PVY-O.
oxynilowe)
z gen
Klebsiella
pneumoniae
subsp.
ozaenae.
Nitrylaza hydrolizuje
Wprowadzono
TE
thioesterazę
Umbellularia
californica
(glufosinat
amonu).
Ekspresja
tego
genu
prowadzi
do
powstania
białkowej
Bawełna
odporna
nakodujący
owady
Lepidoptera
Białko
płaszcza
tworzy
wokół
RNA
wirusa i wna
ten
herbicydy
oxynilowe
do(kodujący
nietoksycznych
dlagenomowego
związków.
(kalifornijskie
drzewo
laurowe).
Wprowadzony
enzym
jest
aktywny
Wprowadzono
gengen
PAT
PPT-acetylotransferazę)
delta-endotoksyny
Cry3a.
– odporność
naotoczkę
i roślin
abiotyczne
czynniki
Wprowadzono
cry2Ab
zbiotyczne
Bacillus
thuringensis
subsp.
kurstaki.
sposób
dezaktywuje
95%cząstek.
Te transgeniczne
linie wykazują
szlaku
biosyntezy
kwasów
tłuszczowych
w rozwijających
się nasionach,
zeStreptomyces
viridochromogenes.
Ekspresja
tego
genu
prowadzi
do
powstania
białkowej
toksyny
Cry2Ab.
środowiska
odporność
na
wirusa
a
jednocześnie
na
choroby
nim
powodowane.
a bezpośrednim
skutkiem
jego działania
jest akumulacja
triacylglicerydów.
PPT normalnie inhibuje
syntetazę
glutaminianową
co powoduje
akumulację
Przedłużona
trwałość
przedłużenie
trwałości
jonów–amonowych.
Zacetylowana
PPT jest nieaktywna.
1. Pomidor Flavr Savr – wprowadzono dodatkową kopię genu PG
2.(dlaZmiany
w składzie
chemicznym
w kierunku
poligalakturonazy)
w orientacji
„antysens”
co skutkuje
poprawy właściwości
plonu jako
surowca
zablokowaniem
translacji endogennego
PGmRNA.
2. Pomidor
CGN 89322-3wi kwiaty
cięte –lub
wprowadzono
stosowanego
przemyśle
produktu gen accd,
wyizolowany
z niepatogenicznej bakterii glebowej Pseudomonas
spożywczego.
chlororaphis, kodujący ACC (1-amino-cyclopropane-1-arboxylic acid)
– podstawowy prekursor biosyntezy etylenu.
Kierunki badań zmierzające do
zwiększenia biologicznego wiązania azotu
atmosferycznego
• Zwiększenie wiązania azotu przez mikroorganizmy
wolno żyjące;
• Rozszerzenie zakresu powinowactwa roślin
strączkowych do bakterii symbiotycznych dla
zwiększenia wydajności tego procesu;
• Podwyższenie wydajności przyswajania azotu w
układach asocjacyjnych, w których uczestniczą
rośliny jednoliścienne (zboża);
• Wyprowadzenie linii roślin uprawnych
niemotylkowatych, mających zdolność do
konstytutywnego wiązania azotu;
Schemat postępowania:
• Identyfikacja genu kodującego
interesujący nas polipeptyd
• Przeniesienie zidentyfikowanego genu
z organizmu, w którym występuje
naturalnie, do organizmu, w którym
chcemy go umieścić (transformacja)
Metody wprowadzania
obcego DNA do roślin
1. Transformacja bezpośrednia:
o
o
o
o
Transformacja protoplastów
Mikrowstrzeliwanie
Mikroinjekcja ?
Metoda węglikowa ?
2. Transformacja pośrednia (wektorowa)
Transformacja protoplastów
(Lurquin, Kado 1977; Draper 1982; Krens i in. 1982;
Paszkowski, Potrykus 1989; Paszkowski i in. 1984;
Potrykus i in. 1985; Fromm i in. 1985; Hain i in. 1985)
10000
V/cm
PEG
Aut. J.A. Przyborowski
Mikrowstrzeliwanie
(Sanford i in. 1987; Klein 1990)
Przewód doprowadzający i
przyspieszający gaz
Przepona
Makronośnik
Transformowana
tkanka
Mikronośniki
pokryte DNA
Aparat do mikrowstrzeliwania
PDS-1000/He (RakoczyTrojanowska, 2001)
Schemat działania aparatu do
mikrowstrzeliwania (aut. J.A.
Przyborowski)
Mikroinjekcja