Inżynieria genetyczna w

Inżynieria genetyczna w

rolnictwie

rolnictwie

Człowiek już od bardzo dawna stosuje różnorodne

celowe zabiegi, zmierzające do uzyskania

użytecznych organizmów lub pochodzących z nich

produktów. Ogólnie działania takie określa się

mianem biotechnologii. W szerokim znaczeniu

obejmuje ona zarówno selekcję prowadzoną przez

hodowców bydła, wykorzystanie drożdży do

produkcji piwa, jak i bezpośrednie manipulacje

materiałem genetycznym, czyli inżynierię

genetyczną. Ponadto, inżynieria genetyczna

wykorzystywana jest do wytwarzania organizmów

zmodyfikowanych genetycznie (GMO) lub inaczej

organizmów transgenicznych, czyli takich, których

geny zostały celowo zmienione przez człowieka.

Pierwsze transgeniczne rośliny wyhodowano w

1984 r., a 10 lat później w Stanach Zjednoczonych

pojawiły się w sprzedaży pierwsze transgeniczne

pomidory (wyjątkowo odporne na długotrwałe

przechowywanie). Przeszukiwania w tej dziedzinie

w dużej mierze koncentrują się na użytecznych

roślinach dwuliściennych i niektórych

jednoliściennych. Należą do nich przede

wszystkim rzepak, ziemniaki, pomidory,

kukurydza, len i soja. Zabiegi transgenizacji roślin

nie są jeszcze wykonywane rutynowo i napotykają

ciągle wiele barier, mimo to notuje się w tej

dziedzinie pewne sukcesy. Do najbardziej

spektakularnych należą:

Otrzymywanie roślin

uprawnych odpornych na

herbicydy (chemiczne

środki służące do

selektywnego niszczenia

chwastów w uprawach. Ich

stosowanie stanowi

uzupełnienie

mechanicznych zabiegów

pielęgnacyjnych), np. tytoń

odporny na herbicyd 2,4-D.

Roślina tytoniu

Herbicyd 2,4-D (kwas
2,4-
dichlorofenoksyoctowy)

Otrzymywanie roślin
uprawnych
odpornych na
infekcje wirusowe
(m. in.
mozaikowatość
tytoniu, karłowatość
orzeszków ziemnych,
liściozwój ziemniaka).

Wirus mozaiki tytoniu

Poprawa jakości

p

roduktów roślinnych, np.

zwiększenie odporności
n

a

przechowywanie,

zwiększenie tolerancji na
niską temperaturę,
zmianę składu
aminokwasowego białek
czy zawartości cukru w
tkankach.

Zmodyfikowane
genetycznie pomidory są
bardziej trwałe

Otrzymanie roślin

odpornych na

s

zkodniki, np. bawełny i

pomidorów odpornych

n

a

niektóre owady

dzięki wprowadzeniu

do genomu roślin genu

bakterii Bacillus

thuringiensis.

Bacillus thuringiensis

Gen Bacillus thuringiensis koduje toksynę zabójczą 

dla owadów atakujących rośliny – zarówno dla form
dorosłych, jak i larwalnych, ale nieszkodliwą dla
pozostałych owadów, np. pszczół, a także dla
człowieka

Otrzymanie roślin wytwarzających obce białka, np.

ziemniaków wytwarzających ludzką albuminę

surowicy krwi (białko niezbędne do utrzymania

właściwego ciśnienia osmotycznego krwi), która jest

wydzielana do przestrzeni międzykomórkowych

miękiszu bulw, z których można jednocześnie

otrzymywać skrobię.

Miąższ bulwy ziemniaka z widocznymi ziarnami skrobii

Somatyczna

em

briogeneza - w ciągu 10 tygodni można drogą somatycznej

embriogenezy otrzymać 40 tyś zarodków roślinnych z 1 litra pożywki. W wyniku

formowania się zarodków z komórek wegetatywnych można w warunkach in vitro

otrzymać dowolne ich ilości. Do czynników wpływających na przebieg embriogenezy

należy m.in. stan fizjologiczny rośliny, jej stadium rozwoju, czy nawet organ, z

którego pobieramy eksplantaty oraz, w ogromnym stopniu, skład pożywki i warunki

prowadzenia hodowli.

Początk

owy

m etapem jest umieszczenie eksplantatu na pożywce stałej, gdzie pod

wpływem regulatorów wzrostu, zawartych w pożywce, powstaje tzw. embriogenny

kallus. Przenosi się go następnie do płynnej kultury w celu namnożenia. Powstałe w

ten sposób zarodki to tzw. zarodki somatyczne, morfologicznie podobne do zarodków

zygotycznych wytworzonych po procesie zapłodnienia.

Otrzymane w ten sposób zarodki mogą posłużyć do produkcji sztucznych nasion.

Wystarczy tylko wykonać zabieg suszenia a następnie otoczkowania, aby otrzymać

gotowe nasiona. Atutem tego rodzaju klonowania jest możliwość otrzymania

dowolnej ilości zdrowego, wyrównanego materiału siewnego, niezależnie od

warunków pogodowych i w dowolnym terminie.

Somatyczna embriogeneza roślin

Klonowanie roślin

Klonowanie roślin

Innym typem
klonowania roślin
jest tworzenie
roślin metodą z
udziałem wektora

Ogólny schemat przedstawiający tworzenie 

roślin transgenicznych metodą z udziałem
wektora

Wektorami stosowanymi u roślin
dwuliściennych są plazmidy bakterii

glebowych Agrobacterium tumefaciens.

Bakterie te powodują u wielu gatunków

roślin dwuliściennych powstawanie

nowotworowych narośli na łodygach i

korzeniach.

Plazmidy Agrobacterium
tumefaciens nadają się tylko
do wykorzystania u roślin
dwuliściennych, dlatego
prowadzi się intensywne
badania w celu wykrycia
wektorów dla roślin
jednoliściennych.

Transformacja komórek rośliny za pomocą plazmidów Agrobacterium
tumefaciens

Agrobacterium tumefaciens

Wykorzystanie klonów:

•

Poprzez wprowadzanie do roślin nowych genów można uzyskać rośliny o wyższej

wydajności plonów, a także większej odporności na szkodniki, warunki pogodowe oraz

środki ochrony roślin (pestycydy);

•

Odpowiednio manipulując genami można też tworzyć rośliny o smaczniejszych

owocach lub zawierające więcej witamin i związków mineralnych potrzebnych

człowiekowi w codziennej diecie;

•

Wprowadzając do bakterii geny ludzkie można uzyskać kolonie produkujące ludzkie

białka. Czynniki takie jak insulina (potrzebna diabetykom - chorym na cukrzycę), lub

czynniki krzepliwości krwi (dla chorych na hemofilię) można w ten sposób

produkować tanio i wydajnie;

•

GMO może redukować oddziaływanie na środowisko produkcji żywności i procesów

przemysłowych: odporność na szkodniki i choroby otrzymana w wyniku manipulacji

genetycznej znacznie redukuje potrzebę stosowania substancji chemicznych do

ochrony upraw;

•

Dłuższe okresy przechowywania: genetyczna modyfikacja owoców i warzyw może

czynić je bardziej odporne na przechowywanie i transport;

•

Biopaliwa: Zmodyfikowane genetycznie rośliny mogą służyć do produkcji biopaliw;

•

Nowe gatunki mogą być pomocne w rekultywacji zanieczyszczonej gleby;

•

Genetyczna modyfikacja owoców i warzyw może czynić je bardziej odporne na

przechowywanie i transport;

•

Zmodyfikowane rośliny mogą posłużyć do produkcji tanich szczepionek i lekarstw;