Биотехнология растений. Трансгенные растения (часть 1)

Трансгенные растения-1

Молекулярные механизмы взаимодействия растения – агробактерии
Векторы на основе агробактерии
Селективные

Нобелевская премия , основоположник 1и2-ой Зеленой революции.

Норман Эрнст Борлаг
Норман Борлаг получил

X

Методы традиционной селекции растений

1. Близкородственное скрещивание (имбридинг)

родительская форма 1

потомство

отбор

2. Отдаленное скрещивание

Slide courtesy of Wayne Parrott, University of Georgia

теосинте

кукуруза

Slide courtesy of Wayne Parrott, University of Georgia

Генетически модифицированный организм (ГМО) -

организм, генетический материал которого (ДНК) изменен не

1975г. - группы из компании Монсанто, из Гентского государственного университета (Бельгия),

Значительное ускорение создания сорта (1-3 года против 10 и более лет).
Избавление

Основные культуры трансгенных растений

Основные направления биотехнологии:

производство продуктов питания с заданными характеристиками;
производство веществ вторичного метаболизма

Векторные системы для переноса генов в растения

Вирусы растений
Транспозоны
Агробактерии

Схема агробактериальной трансформации

Геном агробактерий

A. rhizogenes

A. tumefaciens

A. vitis

3Мб

3Мб

3Мб

2Мб хромосома II

2Мб хромосома II

2,65Мб

3Мб

450кб

450кб

200кб

200кб

Хромосома I

Хромосома I

Хромосома

Октопин

Нопалин

Агропин

Структура Ti-плазмиды и основные опины

Онкогены A. tumefaciens

5

1. tms-гены (iaaM, iaaH)

Триптофан

Индолацетамид

Ауксин

iaaM

iaaH

Гены бактериального происхождения, гомологи
аналогичных генов

Онкогены A. tumefaciens

6

2. tmr-ген (ipt)

HMBDP

Зеатинрибозид – 5-МФ

Транс-зеатин

ipt

iaaH

6b

iaaM

ipt

5

Онкогены A. tumefaciens

7

3. tml-локус(6a, 6b)

6a – опиновая пермеаза

4. ген 5.

Онкогены A. rhizogenes.

8

RolA - есть на всех Ri-плазмидах. Снижает концентрацию ауксина,

Онкогены A. rhizogenes.

9

ORF13 – связывает белок ретинобластомы (Rb). Стимулирует
пролиферацию клеток,

Пути биосинтеза основных гормонов в агробактерии

Сигнальные молекулы

Опиновая концепция

12

Т-ДНК

Опины

Интеграция Т-ДНК в геном растения

Требование к векторным системам

Идеальная векторная система на основе Ti-плазмиды должна содержать:

сигналы,

pBR322

Ti-плазмида

+

T-ДНК

T-ДНК

pBR322

Ген растения

Встраивание гена растения в несущественный участок Т-ДНК

pBR322

Agrobacteria

Гомологичная рекомбинация с Ti-плазмидой

Ti-плазмида

Бинарный вектор

Коинтегративный вектор

Репортерные гены

Ген GFP

Ген GUS

Ген LUX

Биолюминисценция у Aequoria victoria

aequorin

Зеленый флюоресцентный белок

Репортерные гены

Методы прямого переноса
электропорация
биобаллистика
трансфекция
Методы непрямого переноса
вирусная трансформация (трансдукция)
агробактериальная трансформация

Методы трансформации

Схема баллистической трансформации

Трансформация картофеля Agrobacterium

Образование микроклубней (1 мес.)

Иннокуляция клубневых дисков A. tumefaciens (15

Трансформация гороха Agrobacterium

Спелый горох

96% этанол, 20 минут

Удаление корней и разделение горошины

Eugene Nester и Frank White обнаружили в геноме
нетрансформированного Nicotiana glauca

N. otophora

N.tomentosiformis

rolC, ORF13, ORF14

rolC, rolB, ORF13, ORF14

N.bigelovii

rolB

rolC

N.acunminata

N.benavidensii

N.gossei

N. suaveolens

N. arentsii

N. tabacum

N. glauca

Примеры

(Suzuki et.al., 2001, 2002)

Актов трансформации в эволюции рода Nicotiana было несколько

Expression of the oncogenes

(Intrieri M.C., Buiatti M., 2001)

Скрининг видов на наличие Т-ДНК содержащих последовательностей

Закрепление Т-ДНК в геноме

п/кл. Ranunculidae
сем. Berberidaceae (1)
сем. Ranunculaceae (1)

п/кл. Hammamelididae
сем. Betulaceae (4)
сем. Fagaceae (3)
сем.

В 2006 году сотрудниками лаборатории ГКИР был обнаружен новый пример горизонтального

Выявлены последовательности, гомологичные rolB, rolC, ORF13, ORF14 и mis (ген микимопин-синтазы)
Определена

Анализ района инсерции у разных линарий.

У разных видов совпадает район интеграции.