Kierunki genetycznych modyfikacji roślin

1. Kierunki genetycznych modyfikacji roślin Anna Białas

2. Plan seminarium: • Co to są modyfikacje genetyczne? • Modyfikacje w obrębie jednego gatunku • Modyfikacje międzygatunkowe • Rozwój modyfikacji genetycznych • Rośliny modyfikowane genetycznie • Wady i zalety modyfikacji

3. Organizm modyfikowany genetycznie to organizm inny niż organizm człowieka, w którym materiał genetyczny został zmieniony w sposób nie zachodzący w warunkach naturalnych wskutek: • krzyżowania lub • naturalnej rekombinacji. Jeżeli wymieniamy geny w obrębie jednego gatunku, mówimy o organizmach modyfikowanych genetycznie. Jeśli dokonujemy wymiany genów między roślinami lub zwierzętami nie spokrewnionymi, mamy do czynienia z organizmami transgenicznymi, a przenoszony gen to tzw. transgen. Po przeniesieniu transgenu jest on na stałe włączony do genomu gospodarza i od tej pory będzie obecny u wszystkich organizmów potomnych.

4. Krzyżowanie Polega na kojarzeniu płciowym 2 genetycznie różnych osobników w wyniku zapylania kontrolowanego wybranych roślin. Prowadzi do powstania mieszańców, które mają inne kombinacje cech niż rodzice i stanowią materiał wyjściowy do wyhodowania nowych odmian. Efektem krzyżowania jest transgresja: P AA x aa F1 Aa F2

5. Pod względem charakteru, modyfikacje dzielimy na trzy grupy: • Zmieniona zostaje aktywność genów naturalnie występujących w danym organizmie, ale w jego komórkach nie pojawia się żaden nowy gen (pomidor FlavrSavr). • Do organizmu wprowadzone zostają dodatkowe kopie jego własnych genów. • Do organizmu wprowadzony zostaje gen pochodzący z organizmu innego gatunku.

6. Kroki milowe w badaniach molekularnych i bioinżynierii roślin

7. Kroki milowe w badaniach molekularnych i bioinżynierii roślin c.d.

8. Metody tworzenia genetycznie zmodyfikowanych organizmów • Metoda z wykorzystaniem wektora. Polega na zastosowaniu wektora do wprowadzenia materiału genetycznego do komórek roślinnych. Wektorami są bakterie z rodzaju Rhizobium: • Agrobacterium tumefaciens i • Agrobacterium rhizogenes, które posiadają naturalną zdolność do wprowadzania swojego DNA do roślin.

9. Przykładmetody tworzenia genetycznie zmodyfikowanych organizmów z wykorzystaniem wektora i mikrowstrzeliwania

10. Metody tworzenia genetycznie zmodyfikowanych organizmów 2. Metody bez wykorzystania wektora. Są to metody polegające na bezpośrednim wprowadzeniu DNA do komórek roślinnych. Aby fragment DNA mógł być wprowadzony do komórki gospodarza, ta musi być pozbawiona ściany komórkowej (oprócz mikrowstrzeliwania). W tym celu można poddać ją działaniu enzymów degradujących. Otrzymuje się w ten sposób tzw. protoplast, którego błona komórkowa stanowi koleją barierę dla transgenu, wprowadzanego do komórek.

11. Do pokonania przeszkody, jaka jest błona komórkowa służą metody fizyczne i chemiczne. • Metody fizyczne: • - Elektroporacja, • polega na wykorzystaniu serii impulsów elektrycznych, które naruszają strukturę błony, powodując powstanie w niej porów, przez które DNA może przeniknąć do wnętrza komórki. Podejście to może być stosowane też przy wprowadzaniu genów do innych komórek - zwierzęcych, bakteryjnych. - Mikrowstrzeliwanie, • wykorzystuje mikroskopijne kulki ze złota lub wolframu o średnicy 0,5 - 5 mikrometra. Fragmenty DNA które pragnie się wprowadzić do komórek są opłaszczane na kulkach, a następnie wstrzeliwane do komórek roślinnych. Używana jest do tego tzw. "armatka genowa" (ang. particle gun).

12. Metody chemiczne: • Z użyciem PEG, • polega na wykorzystaniu glikolu polietylenowego (PEG od ang. polyethylene glycol), który powoduje zwiększenie przepuszczalności błony komórkowej, poprzez prowadzenie do jej chwilowej, odwracalnej dezorganizacji. To pozwala na wniknięcie transgenu do komórek, wraz z DNA nośnikowym.- Fuzja liposomów • tworzone są liposomy, wewnątrz których znajdują się cząsteczki DNA. Tworzy się je poprzez utworzenie podwójnej błony lipidowej na roztworze z cząsteczkami DNA i wstrząsanie- nie powstają wtedy "kuleczki" błonowe z DNA w środku. Liposomy łączą się z protoplastami komórek wprowadzając do środka DNA. • Mikroiniekcja • polega na wprowadzeniu DNA za pomocą igły mikromanipulatora, doświadczenie wykonywanie jest ręcznie przez człowieka.

13. Modyfikacje roślin - typy • Odporność na herbicydy - chemiczne środki ochrony roślin, środki chwastobójcze.Są to najpowszechniejsze modyfikacje roślin.Uzyskana odporność rośliny, pozwala na stosowanie herbicydu, bez obawy o zniszczenie upraw. Modyfikowana roślina posiada albo zupełnie nowe, albo dodatkowe kopie obecnego już w niej genu, który odpowiedzialny jest za wytwarzanie enzymów rozkładających herbicydy.Roślina mogąca rozkładać herbicydy staje się na nie odporna.-odporność na herbicyd RoundUp (glifosat)

14. 2. Odporność na choroby powodowane przez grzyby, wirusy, bakterie. Wprowadzenie transgenu kodującego enzymy:-hitynaza, -glukanaza, które niszczą ścianę komórkową grzybów i bakterii.Odporność na wirusy uzyskuje się poprzez wprowadzenie do rośliny genów białek płaszcza (kapsydu) danego wirusa, a także jego enzymów:-replikazy, -proteazy.

15. 3. Odporność na owady - szkodniki. Gen do nadania takiej odporności - gen Bt – uzyskuje się z bakterii glebowej Bacillus thuringensis. Gen ten koduje specyficzne białko – Cry, które jest toksyczne dla owadów. Szkodnik po zjedzeniu komórek rośliny umiera. Białko uzyskuje swoją toksyczność tylko wewnątrz przewodu pokarmowego określonych gatunków szkodników, nie jest toksyczne dla innych organizmów np. człowieka.

16. 4. Odporność na niekorzystne warunki środowiska: - zbyt niską lub zbyt wysoka temperaturę, - suszę, - zasolenie gleby - nadmierne promieniowanie - zanieczyszczenie środowiska (metale ciężkie znajdujące się w glebie).

17. 5. Poprawa cech jakościowych oraz użytkowych roślin: • zwiększenie zawartości suchej masy, • opóźnienie dojrzewania (zwiększenie trwałości), • wprowadzenie genów odpowiedzialnych za: • produkcję białek odżywczych, • większą zawartość mikroelementów, • nadanie lepszego smaku i intensywniejszego aromatu, • usuwanie substancji alergizujących, • zmiana intensywności i odcienia zabarwienia.

18. Zakres, cel i przykłady modyfikacji genetycznej roślin uprawnych

19. Początki modyfikacji genetycznych roślin: • 1986 r.- tytoń • 1994 r.- pomidory FlavrSavr • 1995 r.- dynia • 1996 r.- kukurydza, soja • 1997 r.- rzepak Na liście żywności lub jej składników pochodzących z roślin transgenicznych występującej na rynku UE do kwietnia 2004 umieszczono 16 produktów: • 5 - pochodzących z kukurydzy, • 7- z rzepaku, • 2 - z bawełny (olej z nasion), • 1 - z soi, • witamina B2.

20. Najczęściej uprawiane rośliny modyfikowane genetycznie, w 2004 roku:

21. Rośliny transgeniczne –przykłady

22. Rośliny transgeniczne –przykłady

23. Kraje o największej powierzchni upraw transgenicznych:

24. Żywność genetycznie modyfikowana Jest to żywność wyprodukowana z roślin lub zwierząt lub za ich pomocą, które zostały wcześniej ulepszone za pomocą technik inżynierii genetycznej. Są to artykuły spożywcze zawierające produkty modyfikacji genetycznej: – żywność będąca GMO (np. świeże pomidory i ziemniaki), – żywność zawierająca przetworzone GMO (np. koncentraty zup z pomidorów, frytki mrożone), – żywność zawierająca przetworzone GMO (np. czekolada zawierająca lecytynę z transgenicznej soi), – żywność produkowana z zastosowaniem GMO (np. chleb pieczony z wykorzystaniem transgenicznych drożdży, piwo i inne produkty fermentacji alkoholowej produkowane z zastosowaniem drożdży transgenicznych), – produkty żywnościowe pochodne GMO, lecz nie zawierające żadnych komponentów „ transgenicznych” (np. olej rzepakowy otrzymywany z transgenicznego rzepaku, cukier z transgenicznych buraków).

25. Klasyfikacja i przykłady obaw związanych z upowszechnieniem produktów zawierających GMO

26. Podsumowanie • Modyfikacje roślin prowadzą do otrzymania odmian odpornych na choroby powodowane przez różnego rodzaju patogenny, jak np. grzyby czy wirusy, a to z kolei może pozwolić na ograniczenie zużycia środków ochrony roślin. Tym samym dzięki GMO uprawy mogą stać się bardziej przyjazne dla środowiska. • Poprawiają się też ich cechy użytkowe, smak, wygląd, skład chemiczny. np. transgeniczna odmiany pomidora, które odznaczają się większą trwałością, a tym samym mogą być dłużej przechowywane i łatwiej znoszą transport. • Dzięki inżynierii genetycznej możliwe jest też poprawienie składu otrzymywanych produktów. Przykładem może być rzepak, którego modyfikacje doprowadziły do uzyskania odmian o zmniejszonej zawartości nienasyconych kwasów tłuszczowych lub ryż, który produkuje większe ilości β-karotenu będącego prekursorem witaminy A. • Nie bez znaczenia są też względy ekonomiczne. Rośliny GMO odznaczają się często lepszym smakiem, ładniej wyglądają, są bardziej dorodne, co może oczywiście skłaniać klienta do ich zakupu. Podobnie możliwość zmniejszonego użycia chemicznych środków ochrony roślin, może prowadzić do obniżenia kosztów produkcji, a tym samym do obniżenia cen produktów proponowanych odbiorcy. • Odporność na trudne warunki wzrostu (susza, zasolenie gleby) oraz potencjalnie wyższe plony, w porównaniu z tradycyjnymi odmianami, sprawiają, że genetycznie modyfikowane rośliny mogą pomóc w eliminacji problemu głodu w krajach Trzeciego Świata.

27. Dziękuję za uwagę 