Биотехнология растений. Трансгенные растения (часть 3)

1.

Биотехнология растений

2.

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

3.

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

4.

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

5.

Теория ген-на-ген

6.

R-гены
Drosophila и
Млекопитающие
Toll и Toll
гомологи
IL-1R
Сигнальная
трансдукция
Сигнальная
трансдукция
Сигнальная
трансдукция
Увеличение
меристем и
формирование
органов
Дорзовентральная
полярность (в
Drosophilla) и
защита (у обоих)
Иммунитет и
защита
Растение
Cf-9, Cf-4,
Cf-2, Cf-5 Xa21
CLAVATA 1,
ERECTA
млекопитающие

7.

Ответ растения на атаку патогена
Немедленный ответ клеток на повреждение
Возникновение активного кислорода
Синтез оксида азота
Открытие ионных каналов
Белковая фосфориляция/дефосфориляция
Реорганизация цитоскелета
Гибель клеток вокруг места повреждения
Индукция генов
Локальный ответ и активация генов
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)
Систамный ответ и активация генов
(1 3)β-глюканазы
Хитиназы
Пероксидазы
Синтез других патоген-индуцибельных
белков
Патоген

8.

Формирование СВЧ-реакции

9.

SAR-реакция

10.

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.

11.

Субъединичные вакцины, синтезируемые трансгенными растениями

12.

Съедобные вакцины
ori RP4
ori ColE1
RB
полиА
NPTIII
HindIII
pBINp35sTBI-HBS#15
14285 п.н.
TBI-HBS
HindIII
p35S
T-ubi3
NPTII
P-ubi3
LB

13.

p35S TBI-HBS
8/16
p35S TBI-HBS
c/17
p35S pG8
TBI-HBS 8/9
pBin ARS (+) 1
Томаты с ВИЧ,
с. Вентура,
TBI-HSB
“Золотое яблоко”
Плоды этих
трансгенных томатов
– кандидатная вакцина
против двух вирусных
инфекций
Плоды томата с. Вентура +ugt+Kan
регенерант №53, плод в центре дал
+ ответ с анти-HIV антителами

14.

Белки, синтезируемые трансгенными растениями

15.

Трансгенная морковь с геном
интерлейкина
- нуклеотидная
последовательность с
геном интерлейкина
P Bi101-IL18

16.

NPT II
LB
Spcr
Ti-плазмида
p35S
ген IL-4
ori E. coli
RB
tNOS
Интерферон и сельское
хозяйство

17.

Схема агробактериального вектора
ATGCAGGGCCAATTTTTTAGAGAAATAGAAAACCTTAAGGAATATTTTA
ATGCAAGTTCTCCAGATGTAGCGAAAGGTGGGCCCCTTTTCTCAGATAT
CTTGAAGAATTGGAAAGACGAGAGTGACAAAAAAATAATCCAGAGCCA
AATTGTCTCCTTTTACTTCAAACTTTTTGAAAACCTTAAAGATAACCAGG
TCATCCAAAGGAGTATGGACATCATCAAGCAAGACATGTTTCAAAAGTT
TCTCAATGGCAGCAGTGAGAAACTAGAAGACTTCAAAAAGCTGATTCAA
ATTCCGGTCGACGACTTGCAAATCCAACGCAAAGCAATAAATGAACTCA
TCAAAGTGATGAATGATCTGTCGCCAAAATCTAATTTAAGGAAGCGAAA
AAGGAGTCAGAATCTGTTTCGAGGTCGAAGAGCATCCATGTAA
γ-IFNG
p35S
pNOS-NPT II-3’ocs
RB
NotI
pART 27
Ori ColE1
RK2
LB
NotI
Str/Sp
MQGQFFREIENLKEYFNASSPDVAKGGPLFSDI
LKNWKDESDKKIIQSQIVSFYFKLFENLKDNQ
VIQRSMDIIKQDMFQKFLNGSSEKLEDFKKLIQ
IPVDDLQIQRKAINELIKVMNDLSPKSNLRKRK
RSQNLFRGRRASM
17

18.

Родословная трансгенных растений табака,
использованных в работе
В результате эксперимента было проанализировано 475
растений
18

19.

Вестерн-блот гибридизация
Вестерн-блот гибридизация проб белка,
полученных из растений Inter311.2 и
InterA.5 (Т1)
Вестерн-блот гибридизация проб белка, полученных из
растений семьи Inter311.2 (Т2)
19

20.

Лабораторные животные, на которых проводили
тестирование “растительного γ-интерферона”
20

21.

Анализ активности γ-интерферона, выделенного из трансгенных растений
линии Inter311.2 на лабораторных мышах
Качественное изменение
лимфоцитов перифирической
крови мыши
Количество активированных и неактивированных лимфоцитов, содержавшихся в
периферической крови мышей
21

22.

Культура для создания съедобных
растений - иммуномодуляторов
22

23. Получение трансгенных растений с новыми декоративными свойствами

24. Декоративные растения.

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

25.

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

26. Создание белой окраски.

A.
Нормальные
цветки
культивара
Surfinia Purple
Mini.
B.
Cупрессирова
нный ген
CHS-A.
C.
Нестабильнос
ть «белого»
фенотипа.
D.
Senseпоследовател
ьность гена
F3H.
E.
Antisenseпоследовател
ьность гена
DFR
(дигидрофлав
онол 4редуктаза).

27. Создание оранжевой окраски.

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

28. Создание фиолетовой окраски.

Модификации
синтеза
копигментов
(флавонолов)

29. Синяя Роза

Слева хозяйское растение, справа трансформант
Искусственно подкрашенная
синяя роза
Стратегия получения:
Замена гена DFR
(дигидрофлаванол-редуктазы)
розы на ген DFR ириса и его
сверхэкспрессия
Сверхэкспрессия гена F3’,5’H
(флаванон-3’,5’-гидроксилазы)
фиалки
Копигментация флавонами
Повышение вакуолярного pH
дельфинидин

30. Изменение структуры и расположения органов.

• Trifolium repens.
Четырёхлистный клевер
возникает из-за мутации,
вероятность которой – 1 на 10000.

31. Изменение структуры и расположения органов.

Результат проращивания
семян M2.
Jeju-Lucky-1 (JL-1) и JejuLucky-2 (JL-2).
M1 – до 80%
четырёхсоставных листьев.
M2 – более 20%.

32.

Схема регуляции формирования цветка
Автономный
путь
Температура
(холод)
ГА
Фотопериод
Синий или УФ-А свет
Cok1
GA1
FRI
FLC
FUL
AG
LD
CAL
ASK1
AP1
FCA
AP2
SVP
CO
AP2
AP1
AP3
Pt
B
GI
LFY
WUS
UFO
A
SGC1
LUG
FHA
TFL1
CLF
AP2
AG
AGL11?
SEP
C
D
E
?
?
Чашелистики
пр.,
NAP
пр.,
NAP
пр., FUS,
SHP, AGL13
?
Лепестки
Тычинки
Пестик
Завязь

33.

Схематическое представление
генетической модели дифференцировки
органов цветка
Круг
1
2
4
AP3/PI
Дикий тип
AP2
Орган Ч Л
Круг
3
1
2
1
4
3
AG
Т Т
Орган П
Круг
2
4
AP3/PI
ap2
AG
Т П
3
Круг
1
2
П
3
4
AP3/PI
ap3/pi
AP2
Орган Ч Ч
AG
П П
ag
Орган Ч
AP2
Л Л
Ч*

34.

Гомеозисные мутанты резушки
wd
ap2
ap3
ag

35.

Гомеозисные мутанты резушки
ap3 ag
Ч Ч Ч Ч*
ap2 ag
Лист Л/Т Л/Т Лист*

36.

Дикий тип
ap1 ap3 ag
Фенотип тройного мутанта – убедительное
свидетельство в пользу фолиарной теории
морфогенеза цветка Гете

37.

Гомеозисная мутация петунии в гене В-класса
FBP1, ортологе PI (Angenent et al., 1995)

38.

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

39.

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

40.

Трансгенные растения резушки с измененным
уровнем экспрессии генов цветка
В
35S::AP3
35S::PI
Л
35S::AP3
35S::PI
35S::AG
С
A
Л
Т
Т
В
С
Т
Т
Т
Т