Selekční znak - farmaceuticka

Obsah přednášky
1) Základní informace a přehled typů
modifikací
2) GM kukuřice
3) Zlatá rýže
4) Brambory amflora
5) Produkty GM rostlin ve výživě
6) Popis dalších druhů GM rostlin a jejich
využití
Jsou vůbec GM plodiny zapotřebí?
Růst poptávky po
bezpečných a
kvalitních potravinách
Snižování rozlohy orné půdy
Jak zajistit vysokou produkci
kvalitních potravin?
Použitím výnosných
odrůd (kultivarů)
 výběrem náhodně pozměněných
jedinců a křížením
 rekombinantními technologiemi
Klonováním nejčastěji vznikají
1)Plodiny odolné vůči hmyzím škůdcům
2) Plodiny odolné vůči herbicidům
3) Plodiny s novými výživovými parametry
4) Gen způsobující samčí sterilitu
5) Geny umlčující jiné geny
6) Farmaceuticky zajímavé plodiny
Plodiny odolné vůči škůdcům
 Mají naklonované geny pro toxiny z Bacillus
thuringiensis
 Nazývají se Bt plodiny
 Toxiny se označují Cry
 Používají se v ekologickém zemědělství jako
biopesticidy – bez omezení
 Bt plodiny jsou chráněny proti určitému škůdci nebo
skupině škůdců
 Zavíječ kukuřičný (Ostrinia nubilalis), bázlivec
(Diabrotica virgifera)
 Bt kukuřice, Bt bavlna, Bt sója
Plodiny odolné vůči herbicidům
 Mají naklonovaný bakteriální gen pro EPSPS – syntéza
aromatických aminokyselin
 Nepůsobí na ně inhibitor glyfosát (Roundup)
 Systémový herbicid Roundup zlikviduje všechny
plevele, ale ne herbicid-tolerantní GMO
 Glyfosát se v půdě rychle rozkládá
 Riziko přenesení genu necitlivosti na plevele
 Kukuřice, brambor, sója jsou v Evropě nepůvodní
druhy
Plodiny s novými výživovými
parametry
1) Rajčata, která neměknou a nehnijí
2) Rajčata se změněným obsahem karotenu
3) Zlatá rýže
4) Lepší stravitelnost fosforu u sóji a kukuřice
5) Jedlý bavlník?
6) Ječmen produkující sladidlo thaumatin
7) GM pekařská pšenice
8) Hrách, jahody, banány, maniok …
Plodiny s průmyslovým využitím
1) Brambory se změněným složením škrobu
2) Huseníček, který odhalí miny
3)Tabák (s nitroreduktázou) rozkládající TNT
GM plodiny ve farmacii
 proteiny strukturní (kolagen)
 hormony, cytokiny
 sekundární metabolity
 protilátky
 scFv proteiny
 rostlinné vakcíny
10
Příklady transgenních rostlin
11
Rajčata, která neměknou a nehnijí
První komerčně dostupný GMO
 vytvořena společností Calgene,
Kalifornia, USA
 schválena FDA v roce 1992
 na trhu v roce 1994
FlavrSavr
Rajčata měknou, protože enzym pektinasa
(polygalakturonasa) odbourává buněčnou stěnu
snížení aktivity enzymu
12
Jak byly FlavrSavr vytvořeny ?
Buněčná stěna
pektináza
degradace
měknutí, napadání plísněmi
antisense mRNA pro pektinázu
13
Změna aktivity enzymu
 antimediátorová RNA = antisense RNA
 je komplementární k primárnímu transkriptu a
vazbou na něj jej inhibuje
 přepisuje se z pozitivního DNA-řetězce degradace
-
+
C
C
T
A
A
G
T
G
C
A
A
G
G
A
T
T
C
A
C
G
T
T
C
C
T
A
A
G
T
G
C
A
A
mRNA antisense
RNA
G
G
A
T
U
A T
C
G C
A
U A
C
G C
G
C G
U
A T
U
A T
hybridní
RNA
14
Komerční neúspěch
 Podobně jako klasická rajčata musela být sklízena
nezralá
 Válka s producenty klasických variet
 Problémy při pěstování a záruční dobou
 V roce 1996 nabízela společnost
Zeneca pastu z rajčat podobné
variety
 Byla značena jako produkt
vyrobený z GMO
Vše staženo z trhu pro nezájem spotřebitelů, dnes už
neexistují
15
Polní pokusy 2004
 Rajče se zvýšeným
obsahem β-karotenu
Databáze EC Joint Research Centre
„WebSNIF“
http://mbg.jrc.ec.europa.eu/
16
Jak toho bylo dosaženo?
tLcy z genomu rajčete
lykopen cyklasa
lykopen
cyklysace
β-karoten
Akumuluje se β-karoten na úkor běžně se
vyskytujícího lykopenu
 selekční znak = gen npt II z E. coli (rezistence ke kanamycinu)
Transformace pomocí Agrobacterium tumefaciens
17
Únik semen z GMO rajčat
 Banka semen při University of California vydávala
od roku 1996 po dobu 7 let semena GM rajčat jako
konvenční
 Rozesláno bylo asi 30 zásilek do 15 zemí
 Odhaleno byl v okamžiku, kdy si jedna laboratoř
objednala genetickou modifikaci
 Zjistilo se, že semena už geneticky modifikovaná
jsou
Jsou už tedy mezi námi?
18
19
Bt kukuřice
20
Bt kukuřice
 gen pro toxin z B. thuringiensis
 Zavíječ kukuřičný (Ostrinia nubilalis)
 plísně
normální
Bt
21
Bt kukuřice MON 810
 První a donedávna jediná GM plodina, která se
mohla v ČR pěstovat na polích
 Připravena ve společnosti Monsanto
 V EU povolena od roku 1998
 V několika zemích (Rakousko, Maďarsko, Řecko,
Francie, Lucembursko, Německo) zakázána
22
Bt kukuřice MON 863
 Připravena ve společnosti Monsanto
 Nese gen pro protein Cry3Bb1
 Rezistence k larvám bázlivce kukuřičného
(Diabrotica virgifera)
Tato odrůda se stala předmětem řady sporů
přívrženců a odpůrců GMO
Je toxická pro zvířata nebo lidi?
Francouzská skupina Seralini et al.
Toxické účinky na motýla Monarcha stěhovavého?
23
Kukuřice rezistentní ke glyfosátu
 produkt společnosti Monsanto Company
 nese označení NK 603
 získána bombardování buněk a tkání
zlatými mikroprojektily fragmentem
DNA se dvěma expresními kazetami
s naklonovaným genem pro „5enolpyruvyl šikimát-3-fosfát
synthasu“
 exprese pod dvěma promotory
1) Promotor pro aktin z rýže
2) Dvojitý promotor 35S z viru CaMV (cauliflower
mosaic virus) a intronu pro Hsp 70 z kukuřice
24
http://www.agbios.com/dbase.php?action=Submit&evidcode=NK603
Kukuřice GA21
 produkt společnosti Syngenta Seeds, Inc.
 tolerantní ke glyfosátu
 získána bombardování buněk a tkání zlatými
mikroprojektily s plasmidem pDPG434 s
naklonovaným genem pro „5-enolpyruvyl šikimát3-fosfát synthasu“
 exprese pod promotorem pro aktin z rýže
Určena především ke krmení dobytka
25
http://www.agbios.com/dbase.php?action=Submit&evidcode=GA21
Kukuřice Bt11
 produkt společnosti Syngenta Seeds, Inc.
 rezistentní vůči Ostrinia nubilalis
 tolerantní ke glufosinátu amonnému (nese gen
kódující fosfinothricin-N-acetyltransferasu (PAT) ze
Streptomyces viridochromogenes)
 získána přímou transformací protoplastů
plasmidem pZO1502 s naklonovaný mi geny
 exprese pod promotorem 35S z viru CaMV
(cauliflower mosaic virus)
Určena především ke krmení dobytka
26
http://www.agbios.com/dbase.php?action=ShowProd&data=BT11+(X4334CBR%2C+X4734CBR)
 Monsanto v roce 2012 vyvinula GM kukuřici, která
produkuje RNAi zacílenou proti genu Snf7 bázlivce
kukuřičného, jehož produkt transportuje proteiny
do cílového místa
 Dochází k zabrzdění růstu larev a jejich uhynutí
během několika dnů
 Larvy přímo požírají exprimovanou RNAi
 V buňkách larvy je pak RNAi upravena enzymem
Dicer a zahajuje svůj „útok“ na transkripty Snf7,
které jsou rozloženy komplexem RISC
 Nešlo by přímo provádět postřik RNAi na listy?
 Mohou molekuly RNAi pronikat do trávicího traktu lidí?
27
Kupferschmidt K (2013): A lethal dose of RNA. Science 341, 732-733
28
Kupferschmidt K (2013): A lethal dose of RNA. Science 341, 732-733
29
Zlatá rýže
 připravena v roce 1999
( Ingo Potrykus z Technical University ve
švýcarském Zurichu, Peter Beyer z německé
University of Freiburg)
 vložen gen pro β-karoten z narcisu
 vitamín A pro 3. svět
 výzkum trval 10 let a stál miliony dolarů
 hladina provitaminu jen 1,6 mikrogramů na gram rýže
 denní dávka 400 ug děti, 500-850 ug ženy a 600 ug muži
Nutno zkonzumovat 3,75 kg rýže
30
Zlatá rýže - detaily
plastidy
phytoene synthasa (psy) =
byl vzat z narcisu)
karoten synthasa 1 (crt1) =
původem z bakterie Erwinia
uredovora
lykopen cykláza = vlastní
endosperm
retinal
retinol (vitamín A)
31
Zlatá rýže II
 rok 2005 Syngenta Seed v Cambridge
 vložen gen pro phytoene synthasu z kukuřice
 produkce provitamínu A 20x vyšší
 projekt zadala humanitární organizace Humanitarian
Rice Board, které byly výsledky věnovány
 hladina provitaminu je 37 mikrogramů na gram rýže
 nutno zkonsumovat asi 150 g rýže
32
Prosadí se?
Deficience v příjmu vitamínu A
Indie a Filipíny daly k pěstování nové zlaté rýže na svém
území svůj souhlas
33
34
Brambory Amflora
 Určené k produkci škrobu
se zvýšeným podílem
amylopektinu
 Normálně 25% : 75%
 Amylopektin je využitelný při výrobě papíru,
konstrukčních materiálů, lepidel, mazadel a
dalších produktů
 Zablokování syntézy amylózy, gen GBSS
 Mechanismus RNA interference
 Poměr amylóza : amylopektin = 2% : 98%
35
Legislativní proces
 Připraveny společností Amylogene
(Švédsko)
 První žádost v roce 1996
 Podruhé společnost BASF v roce 2003
 V letech 2004 – 2005 Česká komise pro GMO = souhlas
 14. května 2007 schválilo Německo
 Posuzovala EFSA, Regulační výbor EU
 Rada EU nedosáhla kvalifikované většiny
 2. března 2010 Evropská komise schválila
36
V čem byl problém?
 Spor se týkal genu nptII – odolnost ke kanamycinu a
neomycinu – zvýšení rezistence bakterií
 Tento gen se běžně vyskytuje v půdních bakteriích
37
A co bude dál?
 Nutno schválit ve Švédsku, kde byla žádost podána
 Registrace odrůdy podle příslušných zemědělských
předpisů
 Členské státy mohou individuálně omezit nebo
zakázat na základě nových poznatků (ochranná
doložka)
 V ČR probíhaly pokusy od roku 2006 (ProAgro
Radešínská Svratka – 10,8 ha v roce 2009) do roku
2012
 BASF chtěla pěstovat v Německu, ČR a Švédsku
 Výroba škrobu probíhala v Amylex Radešínská
Svratka
38
Pěstování v ČR
 Nesmí být smíchány hlízy konvenční a GMO
 Hlízy skladovány, převáženy a zpracovány odděleně
od konvečních
 Sklizeň ještě před vytvořením semen
konvenční
brambory
20 m
pole s
Amflorou
40 m
ekologický
zemědělec
 V následujícím roce monitorování a ničení všech
rostlin bramboru, které na pozemku vyrostou
39
40
Sojový olej
Round-up Ready sója
 produkt firmy Monsanto
 odolná ke glyfosátu
 výroba stolních olejů
 nejrozšířenější plodina na světě
 registrována v roce 1995
 komerční uvedení v roce 1996
V roce 2008 schválen dovoz nové generace, tzv.
Roundup Ready 2 Yield (TM) v EU
41
Sojový lecithin?
 působí jako emulgátor, zvlhčující látka, stabilizátor a
antioxidant
 používá se do pečiva pro zvětšení jeho objemu, pro
vytvoření jemnější struktury střídky, pro vytvoření
jemnější kůrky a zlepšuje disperzi tuků
 prodlužuje trvanlivost pečiva
 v potravinách má označení E 322
 používá se v množství 0,2 - 0,3%
 základní složkou lecithinu (97%) jsou fosfolipidy
 přidává se zejména do vícezrnných chlebů, sojových
chlebů, slunečnicových chlebů...
42
43
Ječmen
 Testování a optimalizace
metod
 Produkce lidského sérového
albuminu
 Sladidlo thaumatin
 Exprese endochitinázy a betaglukanázy
 Exprese epidermálního
růstového faktoru
44
Ječmen Malt-619-5001
 Nese analog lidského genu pro lidský sérový
albumin
 Další geny zajišťují cílený transport a ukládání
proteinu do zrna
 Transformace prostřednictvím Agrobacterium
tumefaciens
 Selekční znak – gen bar ze Streptomyces
hygroskopicus (rezistence ke glufosinátu)
45
Ječmen Malt-607-1001
 Nese gen Thaumatin I – původ v rostlině
„katemfe“ (Thaumatococcus danielli, Benth)
Deštné pralesy
západní Afriky
Sladivost 1600-2000x vyšší než sacharóza
 Další geny zajišťují cílený transport a ukládání
proteinu do zrna
 Transformace prostřednictvím Agrobacterium
tumefaciens
 Selekční znak – gen bar ze Streptomyces
hygroskopicus (rezistence ke glufosinátu)
46
Ječmen s odolností vůči plísním I
linie pYW210-9-(4001-4360)
 obsahuje gen cThEn42(GC) z houby Trichoderma
harzianum
 produkuje endochitinázu – hydrolýza buněčné
stěny hub
 Selekční znak – gen bar ze Streptomyces
hygroskopicus (rezistence ke glufosinátu)
Transformace prostřednictvím Agrobacterium
tumefaciens
47
Ječmen s odolností vůči plísním II
linie pJH271-Beta-Glu-307
 obsahuje gen z houby Bacillus amyloliquefaciens
a B. macerans
 produkuje (1,3-1,4)-β-glukanasu – hydrolýza
buněčné stěny hub
 Selekční znak
- gen bar ze Streptomyces hygroscopicus
(rezistence ke glufosinátu)
- syntetický GFP
Transformace prostřednictvím Agrobacterium
tumefaciens
48
Ječmen Dimma
Určen pro „molecular pharming“
 Cílem je sledování akumulace proteinu v zrnu
 Obsahuje syntetický analog savčího genu pro tvorbu
epidermálního růstového faktoru
 Selekční znak
- gen z Escherichia coli
- hygromycin-B-fosfotransferasa
Transformace prostřednictvím Agrobacterium
tumefaciens
Tmavá až černá zrna – snadno rozpoznatelné !!!
49
50
Pšenice
 Rezistence k houbovým
chorobám
 Zvýšení podílu gluteinů v
endospermu
 Tolerance k herbicidu Dalaponu
 Tolerance k herbicidu a
rezistence ke rzím
 Tolerance k herbicidu a
rezistence ke sněti
51
Pšenice odolná k plísním
 Nese gen FRG, původem z hub
 Jeho exprese má za následek zvýšenou
odolnost k patogenům rodu Fusarium
 Transformace biobalistikou
 Selekční znak – gen manA (PMI) z Escherichia
coli, který kóduje fosfomanosa isomerasu
PMI = náhrada selekčních znaků založených na
rezistenci k antibiotikům méně kontroverzními
52
Selekce na manosu
Zdroj uhlíku manosa-6-P
netransformované
transformované
manosa-6-P
PMI
nedostatek ATP
aP
fruktosa-6-P
53
Pšenice pekařská
 Nese geny Glu-D1-1b, Glu-D1-2b a Glu-A1-1c
původem z Triticum aestivum
 Tyto geny kódují gluteiny pekařská kvalita
pšenice
 Transformace biobalistikou
 Selekční znak – gen manA (PMI) z Escherichia
coli, který kóduje fosfomanosa isomerasu
 Selekční znak
- gen bar ze Streptomyces hygroscopicus
- kóduje fosfinotricin acetyl transferasu
- detoxifikace glufosinátu amonného
54
Pšenice tolerantní k Dalaponu
 gen pro dehalogenasu
 degraduje 2,2 dichlorpropionovou kyselinu –
účinná složka herbicidu Dalaphon
Transformace biobalistikou
55
Pšenice tolerantní k herbicidu a
rezistentní ke rzím
 gen NBS-LRR z Triticum monococcum
 gen thamchi 1 z Trichoderma hamatum
 gen cmg 1 z Coniothyrium minitans
 Transformace biobalistikou
 Selekční znak
- gen bar ze Streptomyces hygroscopicus
- kóduje fosfinotricin acetyl transferasu
- detoxifikace glufosinátu amonného
56
Pšenice tolerantní k herbicidu a
rezistentní ke sněti
 gen kp4
 kóduje virový protein KP4 dsRNA viru, který
infikuje sněť kukuřičnou – Ustilago maydis
 Transformace biobalistikou
 Selekční znak
- gen bar ze Streptomyces hygroscopicus
- kóduje fosfinotricin acetyl transferasu
- detoxifikace glufosinátu amonného
http://www.danforthcenter.org/default.asp
57
58
Hrách
 Zvýšený obsah proteinů v zrnu
 Tolerance ke glufosinátu
 Studium regulace genové
exprese
 Syntéza protilátek
59
Zvýšený obsah proteinů v hrachu
gen VfAAP1
Vicia faba
Transformace Agrobacterium tumefaciens
 Selekční znak
- gen bar ze Streptomyces hygroscopicus
- kóduje fosfinotricin acetyl transferasu
- detoxifikace glufosinátu amonného
60
Zvýšený obsah proteinů v hrachu
 množství proteinů vzrostlo o 10-25%
 velikost zrn vzrostla o 20-30 %
 počet zrn na rostlinu nezměněn
61
Navození exprese suchem
 gen uidA (GUS) – kóduje beta-glukuronidasu
 promotor pro inhibitor trypsinu (TI1) = aktivace
suchem (vodní stres)
 TI1:GUS
Transformace Agrobacterium tumefaciens
 Selekční znak
- gen bar ze Streptomyces hygroscopicus
- kóduje fosfinotricin acetyl transferasu
- detoxifikace glufosinátu amonného
62
Syntéza protilátek v hrachu
 myší gen pro fragment
protilátky BA11
 další dva fragmenty z Vicia faba pro
transport a ukládání protilátek do
semen
Transformace Agrobacterium tumefaciens
Žádný selekční znak !!!
 prevence důsledků kolonizace střev
prasat enterotoxigenními E. coli
 snížení využívání antibiotik
63
GMO hrách v ČR ?
 Společnost Agritech (Šumperk) podala v prosinci
2009 žádost na uvádění GM hrachu do životního
prostředí
Cílové geny
 gmSPI-2: inhibitor proteináz serinového typu =
ochrana před houbovými parazity a hmyzem
 Dof: ovlivnění vývoje rostlinného embrya
 L1L: ovlivnění intenzity ukládání zásobních
proteinů v semeni
Transformace Agrobacterium tumefaciens
64
65
Sója
 Tolerance ke glufosinátu
 Tolerance ke glyfosátu
66
Tolerantní druhy GM sóji
Tolerance ke glufosinátu
 nese gen pat ze Streptomyces
viridochromogenes
 transformace biobalistikou
Tolerance ke glyfosátu
 nese gen cp4epsps z Agrobacteria
 transformace biobalistikou
67
Sója a kyselina fytová
 většina fosforu je ve formě nestravitelné
kyseliny fytové
 váže na sebe také ionty železa, manganu, hořčíku,
zinku a vápníku = jsou pak těžko stravitelné
 lidé i zvířata mohou trpět jejich nedostatkem, i když
se absolutní obsah iontů v potravě zdá dostatečný
 deficit Fe, Zn = chudokrevnost těhotných žen a
novorozenců
 deficit Zn = závažné poruchy růstu
 fosfor nestrávený prasata a drůbeží = výkaly
 snaha snížit obsah kyseliny fytové v rostlině
68
Technika genového knock-outu
E1
A
E2
B
E3
D
C
stravitelné
sločeniny s
fosforem
kyselina fytová
vyblokování enzymu E3
 snížení obsahu kyseliny fytové o 90%
 týkalo se pouze jejího obsahu v semenech
 ve zbývajících částech rostliny se kyselina fytová
tvořila dál
 klíčivost semen, životaschopnost rostlin i výnosy
zůstaly na potřebné výši
69
!
Nešlo to i jinak ?
ANO
!
 podobného snížení se podařilo dosáhnout i
klasickými šlechtitelskými postupy
 obsah kyseliny fytové klesl v celé rostlině = snížená
klíčivost semen, zvýšená citlivost rostlin ke stresu a
nižší výnosy
Společnost Pioneer Hi-Bred International
Podobných výsledků dosáhli i u kukuřice
70
71
Cukrová řepa
 Tolerance ke glyfosátu
 Rezistence k rhizománii
řepy
 Tolerance ke glyfosátu +
rezistence k rhizománii
72
Řepa tolerantní ke glyfosátu
 nese gen cp4epsps z Agrobacteria
 kóduje 5-enolpyruvilšikimát-3-fosfátsyntasu,
která díky substituci aminokyseliny prokazuje
výrazně sníženou afinitu ke glyfosátu, bez
ovlivnění funkce enzymu
 transformace pomocí A. tumefaciens
CÍL ???
 Vyhodnotit účinnost regulace plevelů při použití
GM řepy včetně agronomických vlastností
73
Řepa rezistentní k rhizománii
 nese gen rzm zajišťující rezistenci k
BNYVV – beet necrotic yellow vein
virus
 transformace A. tumefaciens
 selekce genem PMI – selekce na
manosu
manosa-6-P
fruktosa-6-P
Existuje i GM řepa rezistentní k rhizománii a tolerantní
ke glyfosátu
74
75
Krmná řepa
 Tolerance ke glyfosátu
76
Řepa tolerantní ke glyfosátu
 nese gen cp4epsps z Agrobacteria
 kóduje 5-enolpyruvilšikimát-3fosfátsyntasu, která díky substituci
aminokyseliny prokazuje výrazně
sníženou afinitu ke glyfosátu, bez
ovlivnění funkce enzymu
 transformace pomocí A. tumefaciens
CÍL ???
 Získat informace důležité pro hodnocení rizik
77
78
Řepka
 Zvýšený obsah oleje
 Změna obsahu mastných
kyselin
79
80
Řepka se zvýšeným obsahem oleje
 geny z Arabidopsis thaliana kódující enzymy
účastnící se metabolismu lipidů a sacharidů
 někdy geny z Brassica napus a Saccharomyces
cerevisiae
 promotory z Vicia faba/Pisum sativum
 selekční znak = gen npt II z E. coli (rezistence ke
kenamycinu)
Výsledek ?
 Změny v obsahu oleje v semeni
81
Řepka se změněným obsahem
mastných kyselin
 gen pro acyl-(ACP) thioesterasu (ClFatB4) z
Cuphea lanceolata
 vlastní promotor s ektopickou expresí
v semenech
 gen předčasně ukončuje prodlužování
molekul mastných kyselin
 vznikají středně dlouhé řetězce kyseliny myristové
(C14:0), která se v řepkovém oleji běžně
nevyskytuje
82
Cíl pokusů ?
 Krmné pokusy u prasat
 Vliv na fyziologické funkce
 Dieteticky žádoucí kyselina myristová se nachází
také v másle (ale ne v margarínu)
 Estery kyseliny myristové – vonná aditiva v
potravinářství a kosmetice (holení, hydratující
tělová mléka, parfémy, atp.
 selekční znak = gen npt II z E. coli (rezistence ke
kanamycinu)
Transformace pomocí Agrobacterium tumefaciens
83
Produkce polonasycených mastných
kyselin
 gen pro Delta-6-desaturasu (Phytium irregulare)
 gen pro Delta-5-desaturasu (Thraustochytrium)
 gen pro Delta-6-elongasu (Physcomitrella patens)
 gen pro Delta-12-desaturasu (Calendula officinalis)
Součásti drah pro tvorbu velmi dlouhých řetězců
polonasycených mastných kyselin (omega 3 a omega 6)
 selekční znak = gen npt II z E. coli (rezistence ke
kanamycinu)
Transformace pomocí Agrobacterium tumefaciens
84
Pokusy s řepkou v ČR ?
 odrůda Aventis odolná k herbicidu Liberty
 provádí VURV Ruzyně
85
86
Bavlník
 Rezistence k hmyzu
(Lepidoptera)
 Tolerance ke glyfosinátu
 Tolerance ke glyfosátu
 Rezistence k hmyzu + tolerance
ke glufosinátu
 Rezistence k hmyzu + tolerance
ke glyfosátu + tolerance ke
glufosinátu
87
Bt bavlník
Rezistentní k fytofágnímu hmyzu z čeledi Lepidoptera
 nese gen cry2 nebo cry1Ab z
Bacillus thuringiensis
 V USA je Bt bavlník na 60% ploch
Tolerance ke glufosinátu a glyfosfátu
 glufosinát = gen bar ze Streptomyces hygroscopicus
 glyfosát = gen 2mepsps – dvojitý mutant se dvěma
změněnými AK
 transformace Agrobacterium tumefaciens
88
Jedlý bavlník ?
 na 1 kg vláken připadá 1,65 kg semen
 obsah 22% proteinů
 semena ale obsahují toxický gossypol
 technikou RNA interference zablokování syntézy
gossypolu v semenech
 zbytek rostliny tento terpenoid dále produkuje
Využití
 přímá konzumace čerstvých nebo pražených semen
 mletí na mouku
 zkrmování odpadu při výrobě bavlníkového oleje
89
Jak byl připraven
Byl zablokován gen pro delta-kadein syntázu
(na schématu označen E3)
E1
A
E2
B
anti mRNA
E3pro E3
C
D
gossypol
vyblokování enzymu E3
90
91
Okurka
 Thaumatin + rezistence k plísni
Pseudoperonospora cubensis
92
Modifikované okurky
Několik linií určených ke sledování ovlivnění chuti a
míry rezistence
 nese plasmid pRUR528s s cDNA
pro thaumatin II
 thaumatin II je sladký protein
skupiny PR (pathogenesis-related)
Thaumatin I a II se vyskytuje v Thaumatococcus
danielli, Benth
PR proteiny jsou obranné látky proteinové povahy, které
se v rostlině tvoří jako odpověď na poškození
patogenním organismem
 transformace Agrobacterium tumefaciens
93
Další GMO s thaumatinem
 Rajčata se zvýšenou rezistencí k plísni bramborové
 Jahody se zvýšenou rezistencí k plísni šedé
Na trhu jsou aktivátory exprese PR-proteinů
 Vyrábí Syngenta
 Acibenzolar-S-methyl
94
Další GMO s thaumatinem
Kdy se na trhu objeví GM
jahody s rezistencí k plísni
šedé spolu s postřikem
aktivátoru obranných
reakcí ?
95
96
Obří maniok
Stěžejní potrava pro 250 milionů afričanů
 nese gen glgC z Escherichia coli
 je 100x účinnější než AGPasa
(biosyntéza škrobu)
 nárůst biomasy hlíz byl 2,6x rychlejší
 narostl i počet kořenů, listů a celková nadzemní
biomasa
97
98
GM káva
Kávová zrna s minimálním obsahem kofeinu
 má vyblokovaný genu pro
theobromin syntasu (CaMXMT1) =
jeden ze 3 genů pro syntézu
kofeinu
 připravena v Japonsku u druhu
Coffea canephora
 káva bude levná
 šetrnější než ta, která přišla do styku
s organickými extrakčními činidly
 panika u výrobců kávy bez kofeinu ?
99
A co její účinky ?
100
101
Biopaliva
 geneticky modifikovaný topol
 snížený obsah ligninu a vyšší
obsah celulózy
 o 50% levnější výroba biolíhu
Povolení obdržel Vlámský Institut pro Biotechnologie
Zajímavé zamyšlení 5/2011
http://www.osel.cz/index.php?clanek=5678
102
Biopaliva
 fermentace celulózy GM plísněmi
 sloučeniny s delším uhlíkatým řetězcem
produkované E. coli
 isobutanol, 1-butanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl1-butanol a 2-phenylethanol
 GM kvasinky tolerantní k vyšším koncentracím
etanolu
Též využití při výrobě piva a vína
 GM sinice produkující isobutyraldehyd z CO2
103
GM sinice
 Synechococcus elongatus
CO2
 produkuje
isobutyraldehyd z CO2
1) Zlepšení funkce RuBisco
 výkonnější fotosyntéza
2) Transformace genu Kdc
 produkce
isobutyraldehydu
odpařování
104
Je toho dost ?
Sinice z 1 litru tekutiny 6,230 ug isobutyraldehydu/hod.
Srovnání s výrobou, která využívá k produkci biopaliva
kontinuální kultivaci geneticky modifikovaných řas
Řasy z 1 litru tekutiny 4 ul paliva/hod.
= 10 0000 litrů paliva z hektaru za rok
Nové sinice z Kalifornie by z jednoho hektaru měly
poskytnout o více než třetinu biopaliva více
105
Sinice produkující sacharózu
Synechococcus elongatus
Sacharóza je následně zkvašována kvasinkami na etanol
106
107
Odstraňování toxických kovů
Brukev hořčičná
 váže 4,3x více selenu než běžná rostlina
 po 45 dnech odsála 4,4% selenu z vrstvy
o mocnosti 25 cm
Huseníček, tabák
 kumulace rtuti
 kumulace kadmia (zvýšenou
tvorbou glutathionsyntasy nebo
fytochelatinsyntasy)
108
Odstraňování toxických látek
Mikroorganismy
 organické jedy
Mikroorganismy + rostliny
 Burkholderia cepacia + lupina = organická
rozpouštědla
Plísně
 Fusarium oxysporum = zbavuje azbest
železa
109
„Arzénoví kanárci“
Bakterie, které se mění ve styku s nepatrnými
koncentracemi arzénu
 svítící díky luciferáze ze světlušek
 svítící díky GFP z mořské medůzy
 měnící barvu z bílé na modrou díky β-galaktosidase
 Do testované vody se namočí
papírek obsahující „usušené“
bakterie
 S testem interferuje měď, která
bakterie zahubí
110
Shrnutí
1) Základní informace a přehled typů
modifikací
2) GM kukuřice
3) Zlatá rýže
4) Brambory amflora
5) Produkty GM rostlin ve výživě
6) Popis dalších druhů GM rostlin a jejich
využití