Генетическая инженерия растений Генная инженерия это

Генетическая инженерия растений

Генная инженерия — это управление генетической основой организмов посредством внедрения или удаления специфических генов, с использованием техники современной молекулярной биологии Генетически модифицированными (трансгенными) называются растения, содержащие чужеродные гены, их фрагменты или комбинации

Соя Кукуруза Хлопчатник Рапс

Территории, занятые в мире трансгенными сортами растений

Устойчивость к гербицидам Устойчивость к насекомым Устойчивость к двум факторам

Направления создания сельскохозяйственных трансгенных растений Устойчивость к гербицидам Устойчивость к насекомым-вредителям Улучшение качества белка Изменение состава масла Устойчивость к вирусам Устойчивость к болезням Устойчивость к неблагоприятным климатическим условиям Повышенная лежкость плодов Улучшение вкуса

Этапы генетической трансформации • Создание генетической конструкции • Введение ее в клетки растений • Отбор трансформированных клеток (растений) • Доказательство присутствия введенного гена в геноме растения • Анализ экспрессии введенного гена • Анализ наследования трансгена

Нуклеиновые кислоты – полимеры, состоящие из мононуклеотидов

Основания нуклеиновых кислот

Рекомбинация ДНК

промотор вводимый ген Селективный ген терминатор Целевой ген

Виды промоторов Конститутивные (35 S вируса мозаики цветной капусты) Органо- или тканеспецифичные (потатиновый) Индуцибельные (свето-, температурозависимые и т. д. )

Рестриктазы

Способы переноса генов Прямые: -трансформация протопластов; -электропорация; -микроинъекции; -баллистическая трансфекция; -электрофорез; -замачивание зародышей в ДНК; -внесение ДНК при опылении. Векторные: -с помощью вирусов; -с помощью агробактерии.

Ti-плазмида Agrobacterium tumefaciense Т-ДНК Правая граница Левая граница Гены вирулентности Начало репликации

устойчивый чувствительный к антибиотику канамицину

Маркерный ген бета-глюкуронидазы Маркерный ген GFP (green fluorescent protein)

Анализ ДНК трансформированных растений методом полимеразной цепной реакции

Трансгенные растения медицинского назначения Трансгенная морковь содержит иммуномодулирующий белок интерлейкин

Растения – продуценты вакцин Патогенный агент или токсин Растение-продуцент Вирус гепатита В Табак, картофель, люпин, салат Вирус бешенства Томаты Энтеропатогенная E. Coli Табак, картофель, кукуруза Холерный вибрион Картофель Вирус ящура Люцерна, Арабидопсис Streptococcus mutants (зубной кариес) Табак Цитомегаловирус Табак Вирус Норфолк Табак, картофель ВИЧ 1 Табак Вирус трансмиссивного гастроэнтерита свиней Табак, кукуруза, арабидопсис

Растения - продуценты антител Применение и специфичность Растение- Уровень продуцент продукции Зубной антиген Табак 500 мкг/г сырого веса Соя Нет данных кариес; стрептококковый Вирус простого герпеса 2 Диагностика ряда заболеваний; Люцерна антитела, специфичные к Ig. G человека 1 % суммарного белка Терапия рака; раковый эмбриональный антиген 900 нг/г сырого веса (листья) 1, 5 мкг/г сырого веса (семена) 29 мкг/г сырого веса (листья) 32 мкг/г сырого веса (семена) Пшеница Рис

Применение Растениепродуцент Фармацевтический белок Анестезия A. thaliana Энкефалин Цирроз печени, ожоги, хирургия Табак Сывороточный альбумин Косметология Табак Гомодимер коллагена Лечение гепатитов С и В Табак b-интерферон Заживление ран Табак Эпидермальный роста Ингибитор тромбина Рапс Гирудин Анемия Табак Эритропоэтин Заменитель крови Табак Гемоглобин a, b Заменитель материнского молока Картофель Казеин Фиброзный кистоз, кровотечения Рис a-1 -антитрипсин Антикоагулянт Табак Белок С Ингибитор трипсина Кукуруза Апротонин Гормон роста Табак Соматотропин Антимикробное средство Картофель Лактоферрин Синдром Гоше Табак Глюкоцереброзидаза Табак Интерлейкин-10 Нейропения Табак ГМ-КСФ Иммунотерапия рака Картофель Интерлейкин-2 Воспалительные кишечника заболевания фактор

. Динамика цены за грамм рекомбинантного Ig. A, полученного из разных экспрессирующих систем, в зависимости от уровня экспрессии: I – культура клеток млекопитающих; II – молоко трансгенной козы; III – трансгенные растения (семена); IV – трансгенные растения (зелёная биомасса) (Daniell et al. , 2001)

Требования к трансгенным растениям Отсутствие мутагенности токсичности аллергенности тератогенности Малое число встроенных копий гена Полное соответствие исходному сорту

Риски использования трансгенных растений Способы снижения рисков Случайное место встраивания Наличие бактериальной ДНК Влияние на стабильность генома - Гомологичная рекомбинация Конструкции без бактериальной ДНК - Распространение трансгенов с пыльцой Гомологичная рекомбинация – Трансформация хлоропластов

Баллистическая трансформация пшеницы

1 2 3 4 5 6 7 8 К- К+

Дезоксирибонуклеиновая кислота (сахар – дезоксирибоза, тимин) Рибонуклеиновая кислота (сахар – рибоза, урацил)

Ti-плазмида Agrobacterium tumefaciense

Этапы технологии создания трансгенных растений — выделение и клонирование генов, представляющих интерес для дальнейшего переноса в растительный геном, и создание генетических конструкций для экспрессии трансгенов в растениях; — перенос созданных генетических конструкций в геном растений; — оценка трансгенных растений по стабильности экспрессии перенесенных генов и отбор отдельных трансформантов для дальнейшей селекционной доработки и оценка их биобезопасности.