Wykłady z genetyki i hodowli roślin ozdobnych, Sulechów (Kalsk), rok akademicki
2003/2004, studia dzienne i zaoczne
Wykład 15
Hodowla roślin cz.4
Hodowla roślin transgenicznych
Hodowla roślin to działalność, której celem jest ulepszenie właściwości odmian roślin uprawnych przez odpowiednie ukształtowanie genotypu. Działalność ta musi być podporządkowana regułom rynkowym, czyli musi się opłacać.
Głównymi ograniczeniami tej hodowli są: długi czas realizacji celu, konieczność selekcji w dużych liczebnie populacjach, trudność powtórzenia danego efektu
Hodowla transgeniczna zmniejsza siłę oddziaływania tych ograniczeń.
Odnalezienie w genomie dowolnego genu wywołującego pożądaną ekspresję danej cechy, a następnie przeniesienie go do organizmu biorcy stanowi istotę inżynierii genetycznej.
Wprowadzenie np. do genomu rośliny uprawnej genu kodującego białko otoczki wirusa uniemożliwia lub utrudnia namnażanie wirusa (wirusy posiadające otoczkę białkową nie .posiadają zdolności do namnażania). Odmiana tak zmodyfikowana w genomie jest odporna na wirus.
W hodowli transgenicznej geny są izolowane i konstruowane metodami inżynierii genetycznej oraz wprowadzenie do biorcy na drodze transformacji.
Etapy hodowli transgenicznej
Postawienie celu hodowli. Czynniki które najsilniej wpływają na określenie celu to: strategia firmy, stan wiedzy i efekty ekonomiczne
Wybór genu. Decyzja ta musi być poprzedzona dokładną analizą mechanizmu powstawania określonej cechy, stanu wiedzy o roli danego genu i powiązaniach z innymi genami, stanu własności intelektualnej oraz strategii firmy. Nowy gen można wprowadzić z innego gatunku jak również zmienić ekspresję genu istniejącego. Zmianę jednej cechy można spowodować za pomocą różnych genów, z których każdy koduje pojedynczy enzym w wieloetapowym szlaku metabolicznym.
Przykład: przedłużenie trwałości owoców pomidora
Poligalakturonaza rozcina w czasie dojrzewania owocu łańcuchy kwasu poligalakturonwego, powodując mięknięcie owocu
Wybór odmiany do transformacji.
Zwykle wybiera się odmianę dobrze znaną i sprawdzoną na rynku. Bardzo ważnym elementem jest strategia rynku.
Wybór i wytworzenie transgenu
Wytwarzanie odmian transgenicznych
Pierwszym etapem trasnsformacji genetycznej jest zlokalizowanie i wyodrębnienie genu. Wycięcie genu przeprowadza się za pomocą enzymów restrykcyjnych, zdolnych do przecinania nici w miejscu występowania określonej sekwencji. Manipulowanie genem wymaga jego namnożenia. Przeprowadza się to techniką PCR. Po namnożeniu genu przenosi się go do organizmu biorcy. Najpopularniejsze techniki wprowadzania DNA do organizmów biorcy to mikrowstrzeliwanie i wektorowa transformacja genetyczna
Mikrowstrzeliwanie polega na naniesieniu odcinka DNA zawierającego interesujący nas gen na mikroskopijnej wielkości kulki złota lub wolframu. Kulki te wstrzeliwuje się następnie do wnętrza komórek biorcy za pomocą pneumatycznej armatki.
Metodycznie zbliżonym do mikrowstrzeliwania jest mikrowstrzykiwanie DNA dawcy do jądra biorcy.
DNA dawcy można również wprowadzić do DNA biorcy metodą elektroporacji.
Wektorowa transformacja genetyczna
Do przenoszenia interesującego odcinka DNA dawcy do biorcy wykorzystuje się swoiste wektory, którymi są najczęściej plazmidy. Plazmidy są to koliste odcinki podwójnej nici DNA, nie związane z głównym aparatem genetycznym bakterii. Najczęściej stosowana jest infekcja protoplastów lub zawiesiny komórek poprzez kokulturę z bakteriami. Powszechnie wykorzystuje się w tych pracach bakterię Agrobacterium tumefaciens. Bakterie z rodzaju Agrobacterium posiadają zdolność do infekowaia roślin w miejscach zranień i przekazywania własnego plazmidu, który ulega integracji z genomem komórki roślinnej. Proces ten nazywamy agroinfekcją. Plazmidy A. tumefaciens zawierają swoisty odcinek Ti, replikujący się niezależnie od chromosomu bakteryjnego. Odcinek ten posiada około 200 kpz. Istotą procesu naturalnej transformacji roślin jest przekazanie przez bakterie komórkom roślinnym właśnie tego fragmentu. We fragmencie tym znajdują się onkogeny oraz geny odpowiedzialne za syntezę tumorów (rakowych narośli). W przypadku hodowli roślin transgenicznych wycina się przy pomocy enzymów restrykcyjnych odcinek DNA, produkujący onkogeny i tumory a następnie na jego miejsce wprowadza się interesujący nas gen (fragment DNA). W pracach tych konieczne jest wprowadzenie jakiegoś genu markerowego. Najczęściej jest to gen odporności na antybiotyk. Obecnie coraz częściej wprowadza się gen wywołujący fluorescencję. Gen markerowy pozwoli w dalszych etapach na wyszukanie roślin z udaną transformacją. Transformowany T-DNA może być z powrotem włączony do plazmidu bakterii, bez utraty wirulencji. Roślina zainfekowana taką bakterią nie będzie jednak produkować opin czy narośli tylko produkt determinowany przez wprowadzony gen.
Transgeniczne odmiany roślin odpornych na szkodliwe owady
Bacillus thuringnsis jest powszechnie występującą bakterią (w pyle , kurzu, glebie). Są wykorzystywane jako biologiczny insektycyd. Podczas tworzenia przetrwalników powstają białka Cry, które po połknięciu przez owada powodują jego śmierć. Wprowadzenie odpowiednich genów "pobranych" z bakterii i wprowadzenie do genomu chloroplastowego spowodowało, iż transformowane rośliny stały się zabójcze dla wielu szkodliwych owadów (ale nie mszyc).
Przykłady: 1. Ziemniak "New leaf" Monsanto - 1995r., stonka
2. Bawełna "Bollbard" Monsanto - 1996r.
3. Kukurydza - kilka firm, omacnica prosowianka
Transgeniczne odmiany roślin odporne na herbicydy
Odmiany roślin uprawnych odporne na herbicydy o szerokim spektrum działania stanowią ponad 70 % wszystkich uprawianych odmian transgenicznych.
Rośliny transgeniczne o poprawionych cechach technologicznych i żywieniowych
Rośliny transgeniczne produkujące substancje farmakologiczne
Szczepionki w roślinach.
Szczepionki w zrekombinowanych wirusach roślinnych
Przepisy prawne dotyczące hodowli i obrotu GMO (organizmów modyfikowanych genetycznie)
W krajach UE obowiązuje bardzo restrykcyjne prawo dotyczące uprawy roślin transgenicznych oraz obecności żywności czy innych produktów pochodzących z roślin transgnicznych.
Zgodnie z uchwałą Parlamentu Europejskiego rozróżniamy następujące grupy żywności modyfikowanej genetycznie:
żywność i jej składniki zwierające lub będące GMO
żywność i składniki produkowane z GMO, lecz nie zawierające GMO
Do pierwszej grupy zliczamy modyfikowane pomidory, truskawki, czy też lody truskawkowe produkowane z tych owoców.
Przykładem drugiej grupy może być olej produkowany z rzepaku odpornego na patogeny lub herbicydy i produkty w skład których ten olej wchodzi.
Obecność obcych genów w roślinie nie stanowi zagrożenia, gdyż są szybko trawione w przewodzie pokarmowym. Zagrożenie stanowi interakcja nowo powstałego organizmu ze środowiskiem oraz możliwość pojawienia się toksyn, czy substancji alergennych.
Najlepszym sposobem oceny bezpieczeństwa produktu spożywczego pochodzącego z GMO jest jego porównanie z odpowiadającym mu konwencjonalnym produktem uważanym za bezpieczny. Powszechnie przyjętą koncepcją oceny bezpieczeństwa produktów biotechnologicznych jest koncepcja równoważności składnikowej. Zgodnie z ta teorią, jeżeli nowy produkt spożywczy jest chemicznie i żywnościowo równoważny z produktem dotychczas istniejącym i uważanym za bezpieczny (konwencjonalnym) to ten produkt należy uznać również za bezpieczny.
Dotychczas nie znane są przypadki szkodliwego wpływu spożywania GMO na zdrowie konsumentów.
W Unii Europejskiej wymagane jest znakowanie wszystkich produktów spożywczych, uzyskanych metodami inżynierii genetycznej.
W Unii Europejskiej (i w Polsce) wymagane jest znakowanie wszystkich produktów , które zostały wytworzone metodami inżynierii genetycznej.
Pytania egzaminacyjne:
Wektorowa transformacja genetyczna
Ogólne zasady i etapy hodowli roślin transgenicznych.
Przepisy prawne dotyczące hodowli i obrotu GMO (organizmów modyfikowanych genetycznie)
Opisz metodykę hodowli roślin transgenicznych odpornych na wybrane herbicydy oraz owady. Wymień inne przykłady wykorzystywania roślin transgresyjnych na skalę komercyjną
1
5