Rośliny transgeniczne oporne na szkodniki

1. Rośliny transgeniczne oporne na szkodniki Insect-resistant transgenic plants in a multi-trophic contextAstrid T. Groot and Marcel Dicke* Volume 31 Issue 4 Page 387  - August 2002

2. Inżynieria genetyczna roślin w celu ochrony roślin przez szkodnikami zajmuje obecnie czołowe miejsce w badaniach nad biopestycydami. Insercja genów kodujacych toksyny. • Biopestycydy ("bios" - życie, "pestis" - zaraza, zabijać), biopreparaty, do zwalczania owadów, bakterii, grzybów i chwastów. Składnikiem czynnym biopestycydów są wirusy, bakterie lub grzyby. Zależnie od przeznaczenia wyróżnia się biopestycydy: owadobójcze, bakteriobójcze, grzybobójcze i chwastobójcze. • Zależność : roślina transgeniczna – szkodnik roślinożerny – szkodnik drapieżny

3. Sposoby ochrony upraw: • ochrona konwencjonalna – opryski pestycydami, naturalne środki ochrony produkowane przez same rośliny (woski chroniące), tradycyjne metody ulepszania hodowli poprzez krzyżówki. Wada: szkodniki są w stanie przystosować się do takiej ochrony • rośliny transgeniczne – szerokiespektrum możliwości zmian i modyfikacji toksyn przeciwki szkodnikom

4. Rośliny transgeniczne w ochronie upraw Ekspresja genu kodującego toksynę Zaleta: • łatwość kontroli. • ekpresesję toksyny reguluje jeden gen lub jego promotor. W przypadku substancji naturalnych, będących produktami wtórnego metabolizmu, szlaki produkcji są bardzo złożone i bardzo trudne do kontroli. Obecnie zastosowane w: kukurydza, ryż, bawełna, pomidory, ziemniaki, tytoń, soja, kapusta

5. Najczęściej stosowaną toksyna jest delta-endotoksyna (Bt) z bakterii Bacillus thuringensis. • odkryta w 1911 roku jako patogen moli mącznych w prowincji Thuringia w Niemczech • zastosowanie jako komercyjnego pestycydu rozpoczeło się w 1938 we Francji, potem w latach 50-ych w USA • Pierwotnie używana tylko jako środek przeciwko Lepidiptera. • Bacilus thuringensis występuje naturalnie w glebie, wodzie i powietrzu • Jeden z najbezpieczniejszych znanych insektycydów

6. Delta-toksyna jest produkowana w postaci protoksyny (130-140 kDa). Do aktywacji wymaga wysokiego pH~ 9.5 • Jest ona całkowicie bezpieczna dla ludzi, zwierząt wyższych, u których tak wysokie pH w układzie trawiennym nie występuje • U larw stawonogów z rodziny Lepidopterae w środkowym odcinku jelita pierwotnego występuje pH ~ 9.5 oraz odpowiednie proteazy • Takie warunki panują tylko u tych stawonogów, co sprawia, że jest ona wysoce specyficzna

7. Po rozpuszczeniu w wysokim pH, protoksyna ulega rozcięciu w specyficznym miejscu. Powstaje toksyna o masie 60 kDa – aktywna delta – toksyna • Forma ta wiąże się do receptorów na komórkach epitelialnych jelita: dla aminopeptydazy, białek kadheryno podobnych, glikolipidów, tworząc pory w błonie komorek jelita i powodując wypływ jonów – destabilizacja • Jelito ulega zniszczeniu poprzez lizę komórek epitelialnych • Zahamowanie odzywiania larwy • Perforacja jelita umożliwia bakterii zakażenie całej larwy.Następuje obumarcie larwy.

8. Kukurydza • Ryż • Bawełna • Ziemniaki • Pomidory • Tytoń • Soja • Kapusta

9. Sposoby pobrania toksyny przez organizmy: • bezpośrednie zjadanie części rośliny • zjadanie owadów, które zjadły wcześniej tą roślinę • pobranie ze środowiska – związanie toksyny z solami mineralnymi, rozkład opadłych liści) do 234 dni!

10. Wplyw delta-toksyny na gatunki bliskie człowiekowi. jest ok! 

11. Stosowanie delta-toksyny w formie Btk-spray • W USA stosowany od ponad 30 lat • Bardzo małe ilości – 5 litrów na hektar • Nieszkodliwy dla ludzi i zwierząt – przez 30 lat stosowania prowadzono badania • Dodatek Ca2+ stosowany jest w celu precypitacji beta-egzotoksyn, które są szkodliwe dla ssaków

12. Obecne badania skupiają się na analizie i obserwacji efektów pobrania produktów obcego genu, poprzez organizmy będące bezpośrednio związane z tymi roślinami w łańcuchu troficznym. • Istnieje konieczność badania efektów tych modyfikacji na gatunki pośrednio związane ze zmienionymi roślinami.