1 / 75

Veselības zinātņu maģistra studiju programma uzturzinātnē

Veselības zinātņu maģistra studiju programma uzturzinātnē Studiju kurss: Jaunā un ģenētiski modificētā pārtika. ĢENĒTISKI MODIFICĒTĀ PĀRTIKA. INDRIĶIS MUIŽNIEKS, Rīga, 2014. gada maijs. ĢENĒTISKI MODIFICĒTI AUGI PĀRTIKĀ Tēmu apgūstot paredzēts:

zeki
Download Presentation

Veselības zinātņu maģistra studiju programma uzturzinātnē

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Veselības zinātņu maģistra studiju programma uzturzinātnē Studiju kurss: Jaunā un ģenētiski modificētā pārtika ĢENĒTISKI MODIFICĒTĀ PĀRTIKA INDRIĶIS MUIŽNIEKS, Rīga, 2014. gada maijs

  2. ĢENĒTISKI MODIFICĒTI AUGI PĀRTIKĀ • Tēmu apgūstot paredzēts: • apgūt zināšanas par galvenajiem ģenētiskajiem elementiem, kurus izmanto ĢM augu ieguvē: • klonējamajiem gēniem, to kodētajām pazīmēm un izcelsmi, • izmantojamiem regulācijas elementiem un to darbības īpatnībām, • plašāk lietotajām vektorsistēmām, • augu šūnu transformācijas metodēm, • augu organismu reģenerācijas metodēm; • gūt izpratni par ĢM augu daudzveidību; • saņem informāciju par galvenajām ĢM augu grupām un izplatītākajām īpašībām, par bioķīmiskajiem mehānismiem, kuri nodrošina modifikāciju; • novērtēt ĢM augu izplatības dinamiku pasaules lauksaimniecībā pēdējo 10 gadu laikā; • novērtēt ĢM augu izmantošanas un sastopamības iespējas dažādos pārtikas produktos.

  3. ĢENĒTISKĀS MODIFIKĀCIJAS MOLEKULĀRIE PAMATI GĒNS - NUKLEOTĪDU SECĪBA, KAS KODĒ PROTEĪNA STRUKTŪRU O P KODĒJOŠĀ DAĻA T GĒNA DARBĪBU REGULĒ: P - promoters, nukleīnskābes rajons, kurā sākas gēna informācijas pārrakstīšana par mRNS O - operators, nukleīnskābes rajons, kas regulē promotera aktivitāti T - terminators, nukleīnskābes rajons, kurā tiek pārtraukta gēna transkripcija

  4. Augu šūnas īpatnības: šūnas siena; organellas; vakuolas; transporta signālsecības

  5. Hloroplastu genoma izmēri - ~ 70 - ~ 220 k.b.p., vidēji 160 k.b.p. Annals of Botany 103: 625–633, 2009

  6. Augu mitohondriju genoma raksturojums (dzīvnieku – 15 – 18 k.b.p., sēņu – 18 – 78 k.b.p.) http://www.ndsu.edu/pubweb/~mcclean/plsc731/genome/genome8.htm Gēnu plūsma no mitohondrijiem un hloroplastiem uz kodolu

  7. ĢM AUGA IEGŪŠANA Regulatori Visā auga organismā aktīvie regulatori: Promoteri: CaMV 35 S RNA;nopalīna, oktopīna, manopīna sintāžu (nos, ocs, mas ), ubikvitīna, aktīna.NOS-terminators,

  8. Regulatori CaMV: Cauliflower mosaic virus (puķkāpostu mozaīkas vīruss) CaMV: 50 nm diametra kapsīds, ~ 8030 b.p. ds DNS ar vienpavediena pārrāvumiem, NS ~16% viriona masas. Inficē Cruciferae, Resedaceae, Solanaceae augu dzimtas, pārnesēji - laputis

  9. Regulatori CaMV replikācija notiek līdzīgi cilvēka B tipa hepatīta vīrusam: uz DNS matricas tiek sintezēta par genomu garāka 35 S RNS, kuru vīrusa revertāze atkal pārvērš DNS formā.

  10. http://www.patentlens.net/daisy/promoters/ext/navaggregator/navaggr.http://www.patentlens.net/daisy/promoters/ext/navaggregator/navaggr. Promotera patenti pieder Monsanto un Rokfellera universitātei

  11. Regulatori Ubikvitīns – visās eikariotu šūnās sastopams neliels (76 aminosk. atlikumi, 8564 Da) proteīns, ar kuru iezīmē proteosomās noārdīšanai paredzētos proteīnus http://www.patentlens.net/daisy/promoters/ext/navaggregator/navaggr. Patenti: Mycogen, Monsanto

  12. Regulatori Aktīns – visās eikariotu šūnās sastopams citoskeleta komponents, kas piedalās šūnas formas veidošanā, kustību un dalīšanās procesos

  13. Regulatori Alkoholdehidrogenāzes promotera inducējama sistēma.Citas inducējamas sistēmas – tet, glikokortikoīdu hormoni, metālu joni, vides stress, gaisma Alcohol dehydrogenase I (Adh-I) encoded by the alc A gene; transcriptional activator protein AlcR; ethanol, ethyl methyl ketone or other alcohols/ketonesact as inducers of the gene expression. Patents - Syngenta

  14. Regulatori Sēklu specifiski promoteri http://biopharminternational.findpharma.com/biopharm/article/articleDetai Plant Biotechnology Journal (2010) 8, pp. 588–606

  15. Regulatori Agrobacterium inducētie sakņu audzēji Agrobacterium Ti plazmīda nos - nopalīna sintēzes gēna terminators no Agrobacterium Ti plazmīdas Nopalīns helios.bto.ed.ac.uk/bto/microbes/crown.htm

  16. Regulatori Nuclear Matrix Attachment Region (MAR) un augu gēnu ekspresija. MAR – kodolu strukturējošas proteīna fibrillas, ar kurām mijiedarbojas specifiskas DNS secības, piem., 1,2 kbp. RB7 MAR no tabakas sakņu specifiskā gēna 3’-flankējošā rajona. MAR klātbūtnē ievērojami (~30 x) pieaug ekspresija no stipriem augu promoteriem (CaMV 35 S RNS, NOS, OCS), vājos promoterus ietekmē maz. Gēnu klusināšanas parādību (silencing) novēršana.

  17. Regulatori

  18. Nesēji - vektorplazmīdas • Selekcionējamie marķiergēni - rezistences • kanamicīna vai G148: • neomicīna fosfotransferāze (npt II), • higromicīns B: higromicīna fosfotransferāze (hyg B), • gentamicīns :gentamicīna acetiltransferāze, • streptomicīns : • streptomicīna fosfotransferāze, • - fosfinotricīns (basta, bioalofoss, glufosināts): fosfinotricīna acetiltransferāze (pat).

  19. ĢM AUGA IEGŪŠANA Nesēji - vektorplazmīdas Selekcionējamie marķiergēni – krāsa un gaisma Reportiergēni dod iespēju tieši novērot gēnu ekspresijas vietu un laiku : GUS (b-glukuronidāze), GFP (zaļi fluoriscējošais proteīns), LUX (luciferāze).

  20. Nesēji - vektorplazmīdas Marķiergēna darbība audu specifiska promotera kontrolē a-amilāzes promotersdarbojas endospermā. ĢM rīsā tas kontrolē baktēriju izcelsmes reportiergēnugusA. Zilā krāsa rodas, šķeļot sintētisku gus A substrātu, kurā iemērc dīgstošus rīsa graudus.

  21. Nesēji - vektorplazmīdas Pēc transgēna iegūšanas slekcijas marķierus vairs nevajag. Selekcijas marķiera klātbūtne apgrūtina tālāko rīcību ar transgēnu. Selekcijas marķieris (piem., antibiotiku rezistence) apgrūtina transgēna izmantošanu. Transgēni augi bez selekcijas marķieriem. Transformācija bez marķiera vai MAT vektori (multi-auto-transformation).

  22. ĢM AUGA IEGŪŠANA AUGU TRANSFORMĀCIJA Augu audu un veselu augu apstrāde makroinjekcija; mērcēšana; apstrāde ar baktērijām vakumā. Protoplastu apstrāde PEG klātbūtnē; ar mākslīgajām liposomām; elektroporācija; sapludināšana. Augu šūnu un šūnu kultūru apstrāde mikroinjekcija;balistiskā (biolistics) transformācija; agrobaktēriju metodes.

  23. ĢM AUGA IEGŪŠANA Augu transformācijas metodes

  24. ĢM AUGA IEGŪŠANA Augu transformācijas metodes Apstrādājot ar celulāzēm un pektināzēm, iegūst augu protoplastus

  25. ĢM AUGA IEGŪŠANA Augu transformācijas metodes Balistiskā transformācija

  26. ĢM AUGA IEGŪŠANA Augu transformācijas metodes Balistiskā transformācija

  27. ĢM AUGA IEGŪŠANA Augu transformācijas metodes Agrobaktēriju sistēma Arī dabā agrobaktērijas inficē augus un integrē to hromosomās savu genomu, veidojot t.s. “rētu audzējus” un “bārkšsaknes”.

  28. ĢM AUGA IEGŪŠANA Augu transformācijas metodes Agrobaktēriju sistēma

  29. ĢM AUGA IEGŪŠANA Agrobacterium tumefaciens Agrobacterium rhizogenes Transformācijas procesu regulē apm. 100 baktēriju gēni: baktērijas piesasitīšanās pie auga šūnām (adhēzija); plazmīdas pārnese; plazmīdas nokļūšana šūnas kodolā (nuclear targeting); integrācijas mērķa secību izvēle genomā. Insercijas notiek transkripcionāli aktīvā hromatīnā.

  30. ĢM AUGA IEGŪŠANA Augu transformācijas metodes Agrobaktēriju sistēma

  31. ĢM AUGA IEGŪŠANA Augu transformācijas metodes no Escherichia coli Agrobacterium divplazmīdu sistēma. Virulences plazmīda un klonējamo gēnu kasete

  32. ĢM AUGA IEGŪŠANA Augu transformācijas metodes

  33. ĢM AUGA IEGŪŠANA Auga organisma reģenerācija Diferencētas augu šūnas saglabā totipotenci – spēju de- un rediferencēties, reģenerēt veselu auga organismu

  34. ĢM AUGA IEGŪŠANA Auga organisma reģenerācija

  35. ĢM AUGA IEGŪŠANA Auga organisma reģenerācija

  36. Auga organisma reģenerācija • Fitohormoni: • inolil-3-etiķskābe (auksīns) • citokinīni • giberelīni • etilēns • abscisskābe

  37. Auga organisma reģenerācija Auksīnu iedarbība (apikālās dominances likvidēšana): sānsakņu un piesakņu veidošanās; augļu veidošanās; fototropisms; lapu un ziedu krišana; DNS sintēze.

  38. Auga organisma reģenerācija Fitohormoni Auksīni Indoliletiķskābe, IAA;Indolilsviestskābe, IBA;Naftilēnetiķskābe, NAA;2,4 dihlorfenoksietiķskābe, 2,4-D

  39. Auga organisma reģenerācija • Citokinīnu iedarbība: • šūnu dalīšanās (citokinēze); • orgānu attīstība – asnu veidošanās; • novecošanas kavēšana, hloroplastu veidošanās; • sānu pumpuru veidošanās; • āuksīnu inducētās stiepšanās inhibīcija.

  40. Auga organisma reģenerācija Fitohormoni Kinetīni

  41. Auga organisma reģenerācija Giberelīnu iedarbība (līdzība ar augu patogēnās sēnes Giberella fujikuroi=Fusarium moniliforme iedarbību): sēklu dīgšana; stiepšnās garumā.

  42. Auga organisma reģenerācija Fitohormoni Giberilīni

  43. Auga organisma reģenerācija Fitohormoni

  44. ĢM AUGA IEGŪŠANA AUGU KONSTRUĒŠANA

  45. ĢM AUGA IEGŪŠANA AUGU KONSTRUĒŠANA

  46. ĢM augu šķirņu attīstība • ĢM augu paauudzes: • modeļorganismi • labākas audzēšanas tehnoloģijas, herbicīdu, kukaiņu izturība • vakcīnas un terapeitiskie proteīni • palielināta pārtikas vērtība • izturība pret sēņu un baktēriju slimībām • izturība pret sausumu un sāls stresu 1982 – pirmais ĢM augs – Km-rezistenta tabaka 1985 – pirmie lauka izmēģinājumi ar ĢM augiem 1990 – pirmā vakcīna no augiem: SpaA proteīns tabakas lapās 1992 – sēņu un baktēriju infekciju rezistence augiem 1994 – pirmais ĢM augstirgū – FS tomāti 1996 – Bt-kokvilna, kukurūza; herbicīdu rezistenta soja, kokvilna, kukurūza un rapsis 1997 – PHB kukurūza (neizdodas attīrīt) 1999 – zelta rīss

  47. ĢM augu šķirņu izveides process Laišanatirgū Tehnoloģijas izveide Pētījumi Sanie-dzamie mērķi Ražošanaseksperimenti Gēnu atrašana un raksturošana Gēna funkcijasapstiprināšana In planta Tehnoloģijasizveide Tehnoloģijasizveide Tehnoloģijas izveide Ražošanasuzsākšana Ražošanas izvēršana 1-? gadi 1-2 gadi 1-3 gadi 1-2 gadi 1-2 gadi 1 gads 6 - 11 gadi • Kritēriji darba rezultātiem katrā posmā • Bioloģiskā un biotehnoloģiskā efektivitāte • Atbilstība likumiskās regulācijas prasībām • Vides, veselības un drošības apsvērumi • Administratīvais un sociālais atbalsts • Sekmīga darbība mēroga palielināšanā (rajonēšana) • Oficiālās izplatīšanas atļaujas saņemšana • Panākumi komercializācijā

  48. AUGU IZMANTOŠANA BIOTEHNOLOĢIJĀ: PRIEKŠROCĪBAS 1. Šķirņu (ģenētisku marķieru) daudzveidība 2. Lielspēcnācēju skaits 3. Reģenerācijas spējas, fitohormonu vienkāršība 4. Šūnu kultūru īpatnības 5. Ētiski motīvi

  49. AUGU IZMANTOŠANA BIOTEHNOLOĢIJĀ: TRŪKUMI 1. Šķirņu un kultivāru ģenētiskais neviendabīgums, poliploīdija (kartupeļu paveidu hromosomu n 24…144) 2. Somatoklonālā variēšana 3. Sarežģījumi ar viendīgļlapjiem 4. Organellu genomu daudzveidība un izmēri 5. Ētiski motīvi

  50. ĢM augu daudzveidība

More Related