Molekulární biotechnologie č.12 •Využití poznatků molekulární biotechnologie. Transgenní rostliny. Transgenní organismy •Transgenní organismus: Organismus, jehož genom byl geneticky modifikován cizorodou DNA. •Mikroorganismy •Rostliny •Živočichové • Transgenní rostliny •Pro přenos cizorodých genů do rostlinných buněk se využívá přirozené schopnosti baktérií Agrobacterium tumefaciens napadat poraněné rostliny a přenášet do nich část své genetické informace. •Některé kmeny obsahují Ti plasmid (tumor indukující), jehož část (T DNA) •se přenáší z bakteriálních do rostlinných buněk a začleňuje se do náhodných míst v rostlinném genomu. • T DNA (T segment) obsahuje •Geny zodpovědné za tvorbu fytohormonů (auxin, cytokinin), •které navozují dediferenciaci rostlinných pletiv a •jejich transformaci na krčkové nádory. •Geny, které kódují syntézu opinů. •Nádorové rostlinné pletivo produkuje opiny do prostředí, •kde jsou agrobakteriemi využívány jako zdroj živin. Schematické znázornění Ti plasmidu Vektory odvozené z Ti plasmidu •Se používají pro přenos cizorodých genů do rostlinného genomu •Ze sekvence T DNA byly odstraněny geny pro tvorbu fytohormonů a opinů a ty jsou nahrazovány při klonování cizorodou DNA (transgenem) Binární vektorový systém •Je založen na použití dvou plasmidových vektorů •Plasmidový vektor typu pBR322 obsahuje: •počátek replikace a selekční marker funkční v E. coli, •modifikovanou sekvenci T-DNA (bez genů pro tvorbu fytohormonů a opinů), v níž byly zachovány hraniční oblasti nezbytné pro její přenos do rostlinných buněk •klonovací místo pro začlenění cizorodé DNA a •selekční marker pro identifikaci rostlinných buněk, do jejichž genomu byla cizorodá DNA začleněna. • • Binární klonovací vektor Kointegrační klonovací vektor •rekombinantní vektor (plasmid) se množí v buňkách E. coli a pak se konjugací přenese do buněk Agrobacterium tumefaciens, v nichž se nachází druhý tzv. •pomocný Ti-plasmid •neobsahuje oblast T-DNA (byla z něj odstraněna), •poskytuje však všechny funkce nezbytné pro přenos T-DNA z rekombinantního plasmidu do rostlin. •Homologní rekombinací vznikne kointegrační klonovací vektor • • Rekombinace a vznik kointegračního klonovacího vektoru Po infekci rostlinných buněk, kousků pletiv nebo protoplastů •buňkami A. tumefaciens se T-DNA spolu s klonovanou DNA vyčlení z rekombinantního plasmidu a •přenese do rostlinné buňky, kde se začlení do některého z chromosomů. •Kultivací těchto buněk v růstových mediích obohacených o rostlinné hormony (stimulujících růst kořenů a prýtů) •lze postupně regenerovat celé rostliny. •Výsledná transgenní rostlina obsahuje transgen ve všech buňkách a přenáší ho do potomstva. Další vektory pro vnášení genů do rostlin •Virové vektory: •virus zlaté mozaiky rajčete (TGMV) •virus mozaiky květáku (CaMV) •šíří se rostlinnými pletivy a přenášejí transgen do celé rostliny. • Různé metody pro vnášení cizorodé DNA do rostlin Různé metody vnášení cizorodé DNA do rostlin •Fyzikální metody – biolistická metoda (nastřikuje se přímo do buněk DNA navázaná na povrchu mikročástic kovu) •Lipofekce (DNA se obalí vrstvou syntetických lipidů za vzniku částic podobných liposomům) •Elektroporace •Mikroinjekce DNA přímo do buněk •Makroinjekce DNA do rostlinných pletiv Rostlinné selekční a reporterové markery Cíle transgenoze u rostlin •Ovlivnit vlastnosti: •které zvyšují výnosy kulturních rostlin nebo •vedou k vyšší kvalitě plodů a semen •rostliny odolné k hmyzím škůdcům, virovým, bakteriálním a houbovým chorobám, •nepříznivým podmínkám prostředí jako jsou sucho, mráz, zasolení půd či •odolným herbicidům používaným k jejich ochraně před plevely •odolným vůči hmyzím škůdcům •Odolným vůči škodlivinám v prostředí Transgenní odrůdy •byly připraveny u mnoha druhů (více jak 50): •obilovin, kukuřice •rýže •soji, •některých druhů zeleniny, ovoce, •řepky olejné •vojtěšky •byly připraveny transgenní dřeviny (smrk, topol) • Příklady transgenních rostlin •Bt rostliny: ochrana vůči hmyzím škůdcům, endotoxin Bacillus thuringiensis toxický pro housenky •Exprese genu pod kontrolou silného konstitutivního 35S promotoru a NOS terminátoru • • Klonovací vektor nesoucí Bt toxinový gen Transgeny odolné vůči virům •odolnost navozena přenosem genu pro tvorbu plášťového proteinu virusu tabákové mozaiky • Transgenní rostliny odolné vůči herbicidům •Odolnosti vůči herbicidům (např. glyfosát, bromoxynilu): bylo dosaženo vnesením genů pro enzymy, které herbicid inaktivují nebo zabrání jeho vstupu do buňky a tak k němu učiní rostlinu rezistentní • Klonování genu pro enzym nitriláza z Klebsiella ozaenae – detoxifikace herbicidu bromoxynilu Transgenní rostliny odolné k hmyzím škůdcům •Transgenní rajčata odolná vůči hmyzím škůdcům •Transgenní hrachor odolný vůči hmyzím škůdcům • • Citlivost rajčat divokého typu a transgenních rajčat k hmyzím škůdcům Binární klonovací vektor nesoucí cizorodý gen, jehož exprese vede k rezistenci vůči hmyzím škůdcům u hrachoru Snížení chemizace v zemědělství •Snížení množství používaných pesticidů •nebo nahrazení stávajících typů herbicidů takovými, které •mají krátkou životnost a •jsou k prostředí šetrnější. • • Prodloužení trvanlivosti plodů rajčat •bylo docíleno pomocí transgenu, jehož účinkem se inaktivuje enzym pektináza, která se podílí na zrání plodů. Odolnosti vůči chladu •bylo u jahodníku docíleno přenosem genů z ryb. •Syntetizuje se protein, který rostlinu ochrání před chladem. • Transgenní rostliny s farmakologickými účinky •Transgenní rýže obohacená o gen kódující karoten. •Zdravotně významné •Transgenní rostliny pro produkci antigenů využitelných jako vakciny vůči bakteriálním a virovým onemocněním např. •zelenina, v níž se tvoří povrchový antigen virusu hepatitidy B • • Průmyslově významné transgenní rostliny •Slouží jako zdroj nových surovin pro průmysl např. •odrůdy řepky olejné s pozměněným složením zásobního oleje v semenech slouží jako surovina pro výrobu mýdel, mazadel, nylonu, bionafty – biologicky degradovatelná, při spalování nevznikají škodlivé látky. •Brambory s vyšším obsahem škrobu slouží jako surovina pro výrobu škrobu. •Transgenní rostliny pro přípravu nových materiálů poskytují biodegradovatelné polymery využitelné jako plasty. • •