Biotechnologiczne metody ochrony upraw rolnych i zwi ę kszenia wydajno ś ci produkcji ro ś linnej

1. Biotechnologiczne metody ochrony upraw rolnych i zwiększenia wydajności produkcji roślinnej

2. Inżynieria genetyczna i komórkowa roślin Techniki regeneracji rośliny z fragmentów rośliny wyjściowej

3. Otrzymywanie kalusa i hodowli zawiesinowej komórek roślinnych

4. Inżynieria genetyczna i komórkowa roślin Stosunek auksyn do cytokinin determinuje sposób wzrostu 10:1 – tworzenie kalusa 4:1 – organogeneza, tworzenie odnóżek 100:1 – organogeneza, tworzenie korzeni Tworzenie kalusa i hodowli zawiesinowej komórek roślinnych

5. Inżynieria genetyczna i komórkowa roślin Metody izolacji i identyfikacji genów roślinnych

6. Niektóre geny markerowe stosowane w technikach transformacji komórek roślinnych

7. Rośliny transgeniczne Techniki konstrukcji roślin transgenicznych

8. Wprowadzanie DNA do roślin Narośl powstająca w wyniku zainfekowania rośliny przez Agrobacterium tumefaciens Uproszczony schemat mapy plazmidu Ti A. tumefaciens Wektor skonstruowany na bazie Ti nie zawiera Sekwencji zaznaczonych na czarno – w ich miejsce wstawiane są geny markerowe oraz gen wprowadzany

9. Wprowadzanie DNA do roślin Zasada działania strzelby biolistycznej

10. Rośliny transgeniczne – kierunki modyfikacji • oporność na herbicydy • odporność na patogenne owady • odporność na patogenne grzyby, bakterie i wirusy • wytwarzanie czynników biokontrolnych • otrzymywanie roślin hybrydowych • polepszenie właściwości odżywczych produktów roślinnych • zwiększenie pobierania przez rośliny źródeł azotu i fosforu • adaptacja do środowisk zasolonych i suchych • akumulacja olei • zwiększenie aktywności fotosyntetycznej • zastosowanie roślin jako bioreaktorów do produkcji szczepionek, • biofarmaceutyków i chemikaliów

11. Rośliny transgeniczne – przykłady zastosowań praktycznych

12. Rośliny transgeniczne – przykłady zastosowań praktycznych

13. Rośliny transgeniczne – strategie postępowania Oporność na herbicydy • zwiększenie ilości enzymu będącego celem molekularnym • zastąpienie enzymu będącego celem molekularnym przez wersję • niewrażliwą na herbicyd • - wprowadzenie genu kodującego enzym detoksyfikujący herbicyd Odporność na owady • Konstrukcja roślin transgenicznych odpornych na patogenne owady stanowi • alternatywę dla stosowania chemicznych pestycydów. • wprowadzenie genu kodującego toksynę Bacillus thuringensis • wprowadzenie genu kodującego oksydazę cholesterolową Vip3A, inhibitor • amylazy lub białka odpowiedzi na uszkodzenie mechaniczne

14. Schemat szlaku biosyntezy aminokwasów aromatycznych w roślinach z zaznaczeniem miejsca działania herbicydu gliofosatu (Roundup)

15. Larwy pasożyta kukurydzy zaatakowane przez B. thuringiensis 8 września 2004 Komisja Europejska podjęła decyzję o dodaniu do listy nasion dopuszczonych do sprzedaży na terenie UE 17 odmian zmodyfikowanej kukurydzy - MON 810, opracowanej przez biotechnologiczny koncern Monsanto. Zastosowana modyfikacja uodparnia roślinę na larwy szkodnika-owada - omacnicę prosowiankę (Ostrinia nubilalis). Zmodyfikowane komórki rośliny zawierające już w swoim wnętrzu białka Cry są toksyczne po zjedzeniu przez owada. W środowisku zasadowym przewodu pokarmowego owada następuje aktywacja białka Cry - łączy się ono ze specyficznymi receptorami w błonach komórek przewodu pokarmowego. Powoduje to powstawanie otworów w błonie, zniszczenie komórek co doprowadza do śmierci owada.Dotychczas odkryto ponad 100 genów kodujących białka odpowiednie Cry, co pozwala na specyficzne wykorzystywanie ich w zwalczaniu konkretnych gatunków szkodników, bez toksycznego wpływ na inne.Białka Cry są owadobójcze jedynie w odniesieniu do niektórych gatunków motyli (z rodzajów: Lepidoptera, Diptera, Coleoptera, - stonka ziemniaczana jest wrażliwa, mszyce już nie). Receptory dla tych białek nie występują na powierzchni komórek jelitowych ssaków, dlatego też ludzie nie są na ich działanie wrażliwi. Przeprowadzono badania dotyczące bezpieczeństwa, które pokazują, że Cry nie wykazuje żadnej znaczącej homologii aminokwasów do znanych toksyn białkowych oraz, że jest gwałtownie degradowane w warunkach symulowanych warunków żołądkowych i nie jest doustnie toksyczne dla myszy.

16. Rośliny transgeniczne – strategie postępowania Odporność na patogenne drobnoustroje i wirusy Uzyskanie odporności na infekcje wirusowe poprzez: a/ wprowadzenie genów lub fragmentów genów wirusa – pathogen derived resistance b/ wprowadzenie genu kodującego białko niszczące wirusy Przykłady: ekspresja genu otoczki wirusa mozaiki tytoniowej w tytoniu; wprowadzenie genu kodującego rybonuklezę pac1 z drożdży (specyficznie rozcina dwuniciowy RNA) do ziemniaka czyni tą roślinę odporną na wirus „potato spindle” Uzyskanie odporności na infekcje bakteryjne: a/ wprowadzenie genu kodującego białko niszczące bakterie b/ zwiększenie naturalnej odporności rośliny

17. Rośliny transgeniczne – strategie postępowania Odporność na patogenne bakterie Białka antybakteryjne pochodzące z innych organizmów

18. Rośliny transgeniczne – strategie postępowania Odporność na patogenne bakterie Hamowanie patogenności bakterii Zwiększenie naturalnej oporności

19. Rośliny transgeniczne – strategie postępowania Sterylizacja form męskich Usunięcie możliwości wytwarzania pyłku przez formy męskie roślin transgenicznych, a w efekcie uniemożliwienie horyzontalnego transferu genów • Zmiana właściwości użytkowych produktów roślinnych • żywność funkcjonalna, np. ryż wytwarzający • prowitaminę A i białka wiążące żelazo („złoty ryż”) • – geny przeniesione z hiacynta • - Flavr SavrTM – pomidory o zwiększonej trwałości; • gen kodujący poligalaktouronazę wyciszony • dzięki zastosowaniu strategii antysensowej • kawa o zredukowanej zawartości kofeiny • słodkie ziemniaki – wprowadzenie genu kodującego • słodkie białko (taumatynę) • winogrona bezpestkowe

20. Rośliny transgeniczne – strategie postępowania Adaptacja do warunków stresu

21. Rośliny transgeniczne – strategie postępowania Zastosowanie roślin jako bioreaktorów do produkcji szczepionek, biofarmaceutyków i białek użytkowych *technologie opracowane w Polsce

22. Zwierzęta transgeniczne • Modyfikacje mające na celu wytwarzanie w organizmie zwierząt białek terapeutycznych • Modyfikowane w tym celu są głównie krowy, kozy, owce, gdyż pożądane białka wytwarzane są w gruczołach mlecznych • i wydzielane z mlekiem. Produkowana jest antytrombina - ludzki enzym - czynnik krzepliwości krwi, pozwala na kontrolę • powstawania zakrzepów, produkcja antytrypsyny - stosowanej w leczeniu rozedmy płuc, erytropoetyny - leczenie anemii.Owce wytwarzające ludzki enzym, który może pomóc w leczeniu stwardnienia rozsianego.2. Uzyskanie szybszego wzrostu zwierząt hodowlanych.Modyfikacje polegające na wprowadzeniu genów produkujących hormon wzrostu.W ten sposób modyfikowane były głównie ryby: karpie, łososie, ale także • na zwierzętach gospodarskich, świniach, królikach, owcach. • 3. Krowy dające więcej mleka, oraz mleko specjalnie przystosowane do produkcji serów.Zwiększenie laktacji – zastosowanie rekombinowanej somatotropiny bydlęcej (BST) • Krowom wprowadzono dodatkowe kopie genów kodujących proteiny: beta- i kappa- kazeinę. Kazeina jest składnikiem • twarogów i białych serów. Modyfikacje powoduje to, iż z mleka łatwiej jest uzyskać ser - można go uzyskać więcej z tej • samej objętości mleka oraz szybciej.4. Odporność na choroby.5. Modyfikowane świnie jako dawcy narządów.

23. Klonowanie zwierząt Zasada techniki: 16-komórkowy zarodek pochodzący ze sztucznej inseminacji jest źródłem jąder komórkowych, Jądra te przenosi się do komórek jajowych pozbawionych własnych jąder. Powstałe zarodki są następnie hodowane in vitro, a potem wprowadzane do organizmów matek. Przykłady dotychczas sklonowanych zwierząt: owca Dolly, koń, pies Snuppy

24. Biologiczne metody kontroli chorób roślin Niektóre komercyjne preparaty drobnoustrojów zapobiegających chorobom roślin Mechanizmy działania: wytwarzanie antybiotyków, wytwarzanie enzymów litycznych, pasożytnictwo, współzawodnictwo o składniki odżywcze, indukcja oporności roślin