Биотехнология растений Лекция 5. Трансгенные растения-

Биотехнология растений

Лекция 5. Трансгенные растения- 3 1. Примеры трансгенных растений : a. Трансгенные растения, устойчивые к патогенам a. Трансгенные растения – продуценты вакцин a. Трансгенные растения с улучшенными декоративными свойствами

Корончатый галл. Вирус мозаики томата Бактериальная сыпь. Мучнистая роса Fusarium вилт. Антракноз Корневая нематода Крапчатый вилт Разнообразие патогенов

Молекулярно-генетические механизмы устойчивости растений к вредителям сельского хозяйства Типы устойчивости : : 1) Видовая устойчивость (иммунитет) – устойчивость к подавляющему числу патогенов 2) Сортоспецифическая устойчивость – не поражаются отдельные сорта (генотипы)

Теория ген-на-ген

Drosophila и млекопитающие Сигнальная трансдукция Toll и Toll гомологи Дорзо-вентральн ая полярность (в Drosophilla ) и защита (у обоих)CLAVATA 1, ERECTAРастение Сигнальная трансдукция Увеличение меристем и формирование органов Млекопитающие IL-1 R Сигнальная трансдукция Иммунитет и защита. Cf-9, Cf-4, Cf-2, Cf-5 Xa 21 R- гены

Немедленный ответ клеток на повреждение Локальный ответ и активация генов Систамный ответ и активация генов. Возникновение активного кислорода Синтез оксида азота Открытие ионных каналов Белковая фосфориляция / дефосфориляция Реорганизация цитоскелета Гибель клеток вокруг места повреждения Индукция генов (1 3)β-глюканазы Хитиназы Пероксидазы Синтез других патоген-индуцибельных белков. Изменение вторичного метаболизма Прекращение клеточного цикла Синтез патоген-индуцибельных белков Накопление бензойной и салициловой кислот Синтез этилена и жасмоновой кислоты Укрепление клеточной стенки (лигнины, PGIPs, HRGPs ) Патоген. Ответ растения на атаку патогена

Формирование СВЧ-реакции

SAR -реакция

Использование трансгенных растений в производстве лекарственных препаратов Все-таки мы, люди, устроены одинаково. Мы можем с жаром рассуждать о вреде трансгенной картошки, о содержании “ мутантной ” сои в колбасе, о засилье на нашем столе “ пищи Франкенштейна ” … Но, обратите внимание – лишь в случае, когда речь идет о хлебе насущном. Но если, не дай бог, жизнь заставит нас не по книжкам выучить пугающие медицинские термины, — разве будем мы выяснять, откуда, из какого источника пришла к нам помощь ? И кто из поборников “ генетической чистоты оттолкнет руку, исцеляющую его ребенка “ трансгенным ” лекарством ? Шумный В. К.

Субъединичные вакцины, синтезируемые трансгенными растениями

Съедобные вакцины LBRB NPTIIIori Col. E 1 ori RP 4 Hind. III p 35 S T- ubi 3 P- ubi 3 NPTIIполи. А TBI-HBS p. BINp 35 s. TBI-HBS#15 14285 п. н.

p 35 S TBI-HBS 8/16 p 35 S TBI-HBS c/17 p 35 S p. G 8 TBI-HBS 8/9 p. Bin ARS (+) 1 Томаты с ВИЧ, с. Вентура, TBI-HSB Плоды томата с. Вентура + ugt + Kan регенерант № 53, плод в центре дал + ответ с анти- HIV антителами “ Золотое яблоко ” Плоды этих трансгенных томатов – кандидатная вакцина против двух вирусных инфекций

Белки, синтезируемые трансгенными растениями

Трансгенная морковь с геном интерлейкина P Bi 101 -IL 18 — нуклеотидная последовательность с геном интерлейкина

ori E. coli R B t. N O S ген IL -4 p 3 5 S L B S p cr N P T II T i-п л а зм и д а Интерферон и сельское хозяйство

Схема агробактериального вектора p. ART 27 Ori Col. E 1 RK 2 Str/Sp. RB LBNot. Ip 35 S γ -IFNG p. NOS-NPT II-3’ocs 17 ATGCAGGGCCAATTTTTTAGAGAAATAGAAAACCTTAAGGAATATTTTAA TGCAAGTTCTCCAGATGTAGCGAAAGGTGGGCCCCTTTTCTCAGATATC TTGAAGAATTGGAAAGACGAGAGTGACAAAAAAATAATCCAGAGCCAAA TTGTCTCCTTTTACTTCAAACTTTTTGAAAACCTTAAAGATAACCAGGTC ATCCAAAGGAGTATGGACATCATCAAGACATGTTTCAAAAGTTTC TCAATGGCAGCAGTGAGAAACTAGAAGACTTCAAAAAGCTGATTCAAAT TCCGGTCGACGACTTGCAAATCCAACGCAAAGCAATAAATGAACTCATC AAAGTGATGATCTGTCGCCAAAATCTAATTTAAGGAAGCGAAAAA GGAGTCAGAATCTGTTTCGAGGTCGAAGAGCATCCATGTAA MQGQFFREIENLKEYFNASSPDVAKGGPLFSDI LKNWKDESDKKIIQSQIVSFYFKLFENLKDNQ VIQRSMDIIKQDMFQKFLNGSSEKLEDFKKLIQ IPVDDLQIQRKAINELIKVMNDLSPKSNLRKRK RSQNLFRGRRASM

Родословная трансгенных растений табака, использованных в работе В результате эксперимента было проанализировано 475 растений

Вестерн-блот гибридизация проб белка, полученных из растений Inter 311. 2 и Inter. A. 5 ( Т 1 ) Вестерн-блот гибридизация проб белка, полученных из растений семьи Inter 311. 2 ( Т 2 )

Лабораторные животные, на которых проводили тестирование “ растительного γ -интерферона ”

Анализ активности γ -интерферона, выделенного из трансгенных растений линии Inter 311. 2 на лабораторных мышах Качественное изменение лимфоцитов перифирической крови мыши 21 Количество активированных и неактивированных лимфоцитов, содержавшихся в периферической крови мышей

22 Культура для создания съедобных растений — иммуномодуляторов

Получение трансгенных растений с новыми декоративными свойствами

Декоративные растения. Создавать новые декоративные сорта прибыльно. Стоимость ОДНОГО декоративного растения может составлять до 10 000 р.

• Супрессия эндогенных регуляторов биосинтеза. • Экспрессия гетерогенных регуляторов биосинтеза. Пути изменения окраски у трансгенных растений

Создание белой окраски. A. Нормальные цветки культивара Surfinia Purple Mini. B. C упрессиро ванный ген CHS-A. C. Нестабильн ость «белого» фенотипа. D. Sense- после довательно сть гена F 3 H. E. Antisense- по следовател ьность гена DFR ( дигидрофл авонол 4 -редуктаза ).

Создание оранжевой окраски. Петунии не способны накапливать пеларгонидины. Для достижения оранжевого цвета, в растения вводится ген DFR от кукурузы, герберы или розы.

Создание фиолетовой окраски. Модификации синтеза копигментов (флавонолов)

Синяя Роза Стратегия получения: Замена гена DFR (дигидрофлаванол-редуктаз ы) розы на ген DFR ириса и его сверхэкспрессия Сверхэкспрессия гена F 3 ’ , 5 ’ H (флаванон-3 ’ , 5 ’ -гидроксилазы ) фиалки Копигментация флавонами Повышение вакуолярного p. H Искусственно подкрашенная синяя роза Слева хозяйское растение, справа трансформант дельфинидин

Изменение структуры и расположения органов. • Trifolium repens. Четырёхлистный клевер возникает из-за мутации, вероятность которой – 1 на 10000.

Изменение структуры и расположения органов. Результат проращивания семян M 2. Jeju-Lucky-1 (JL-1) и и Jeju-Lucky-2 (JL-2). M 1 – до 80% четырёхсоставных листьев. M 2 – более 20%.

Схема регуляции формирования цветка SVP FLCGA 1 SGC 1 FRI FCA LD CO GI FHA CALFUL AP 1 AP 2 TFL 1 LFY AG ASK 1 UFO WUS CLF AP 2 LUG AP 3 Pt. AP 1 AP 2 AG AGL 11? SEP пр. , NAP пр. , FUS, SHP, AGL 13? пр. , NAP ? A B C D E Чашелистики Лепестки Тычинки Пестик Завязь ? Cok 1 ГА Температура (холод) Автономный путь Фотопериод Синий или УФ-А свет

Схематическое представление генетической модели дифференцировки органов цветка AP 2 AP 3/PI AGДикий тип 1 2 3 4 Круг Орган Ч Л Т П AP 3/PI AGap 2 Орган П Т Т П 1 2 3 4 Круг AP 2 ag AP 3/PI Орган Ч Л Л Ч *1 2 3 4 Круг AP 2 AGap 3/pi 1 2 3 4 Круг Орган Ч Ч П П

wd ap 2 ap 3 ag. Гомеозисные мутанты резушки

Гомеозисные мутанты резушки ap 3 ag Ч Ч* ap 2 ag Лист Л/Т Лист*

Дикий тип ap 1 ap 3 ag Фенотип тройного мутанта – убедительное свидетельство в пользу фолиарной теории морфогенеза цветка Гете

Гомеозисная мутация петунии в гене В-класса FBP 1 , ортологе PI (Angenent et al. , 1995)

Гомеозисные замены в 3 и 4 мутовках. Matthiola Anthirrhinum Trillium Syringa. Arabis

agag В A Ч Л Л Ч * Л Л *В Aagag ЛЛЛЧ ( ЛЛЧ… ) ЛЛЛЛ ( ЛЛЛ… ) Кресто-цветные В А С Ч Л Т П Лилейные В А С Л Л Т П

Трансгенные растения резушки с измененным уровнем экспрессии генов цветка A В С Л Л Т Т В С Т Т 35 S: : AP 3 35 S: : PI 35 S: : AG