Majstrowanie przy genach

dr hab. Wojciech Pląder

Szkoła Główna Gospodarstwa WiejskiegoKatedra Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin

Warszawa

Plan wykładu

• Definicja GMO• Historia i kierunki rozwoju GMO• Otrzymywanie roślin transgenicznych• Przykłady genetycznie modyfikowanych roślin• Korzyści gospodarcze• Badania nad bezpieczeństwem GMO• Stanowisko oponentów GMO i propozycje• Podsumowanie

GMO – organizmy posiadające nową/e

własność/i, powstałą/e w wyniku włączenia

do ich genomu dodatkowej informacji

genetycznej przy zastosowaniu metod

inżynierii genetycznej

• Roślina genetycznie ulepszona• Jedzenie Frankensteina

2,000 BC19-ty wiekPoczątek 20 wŚrodek 20 wLata 1930

1940195019701980198019902000

Uprawa i selekcjaHodowla mieszańcowa Mutageneza i selekcja Kultury komórkoweZmienność somaklonalna Kultury izolowanych zarodków Poliembrionia Kultury pylnikoweRekombinowane DNASelekcja w oparciu o markeryGenomika Bioinformatyka

Technologie rolnictwa - postęp

Kierunki innowacji w biotechnologii

• Cechy jakościowe– Plon (asymilacja tlenu i azotu, biosynteza skrobi) – Przydatność do przetwórstwa– Czas przechowywania– Rozmnażanie: bariery krzyżowalności,

męska sterylność, partenokarpia

– Składniki pokarmowe (nutraceutyki) • Makro: białka, węglowodany, tłuszcze, włukna

• Mikro: witaminy, minerały, antyutleniacze,

izoflawonoidy, fitoestrogeny, taniny

• Składniki anty pokarmowe: eliminacja alergenów i toksyn

– Smak – Ozdobne : kolor, morfologia, zapach, trwałość

• Cechy agronomiczne– Stresy biotyczne

• Odporność na owady• Odporność na choroby

– Wirusy, bakterie, grzyby,nicienie

• Tolerancja na herbicydy – Stresy abiotyczne

• Susza, zimno, gorąco, zasolenie,słabe gleby

• Nowe produkty– Oleje – Białka: nutraceutyki, terapełtyki, szczepionki

– Polimery• Źródła odnawialne

– Bio paliwa, tworzywa syntetyczne

Kierunki innowacji w biotechnologii cd.

Wykorzystanie naturalnegosposobu transformacji - wprowadzania genów (konstrukcji genowych)przez Agrobacterium tumefaciens, wywołującą raka bakteryjnego.

Jak się robi GMO?

Otrzymywanie roślin transgenicznych - transformacja

BAKTERIA

IZOLACJA DNA

NAMNOŻENIE GENU(KLONOWANIE GENU)

SPOŻĄDZENIE KONSTRUKCJI

GENOWEJ

TRANSFORMACJAROŚLINY

KONWENCJONALNAHODOWLA

(University of Nebrasca)

Transformacji ulegają tylko pojedyncze komórki.

Jak z jednej komórki odtworzyć całą roślinę?

Kultury tkankowe=

Kultury in vitro

Lycopersiconesculentum

Lycopersiconperuvianum

Back-crossseries

Tomato Cultivar

Przykład uszkodzeń owoców bawełny

(zdjęcie u góry) oraz ich braku na odmianie

Bt (u dołu)

Objawy uszkodzeń na kukurydzy

fuzarium

Soja odporna na herbicyd• Zalety:• Roundup – nowoczesny

herbicyd, biodegradowalny, stosowany w małych dawkach,

• Ogólne mniejsze zużycie herbicydów, mniejsze zanieczyszczenie środowiska, mniej zużytych opakowań,

• Zmniejszenie ilości zabiegów, mniej spalonego paliwa, mniej robocizny, tańszy produkt,

• Wysokie plony o dobrej jakości.

Bt – transgeniczna topola

papaja

Efekt partenokarpii u ogórka spowodowany wprowadzeniem

konstrukcji genowej DefH9 iaaM Kontrola

nietransgeniczna Linie transgeniczne

Słabszy efekt

fenotypowy

Pożądanyefekt

fenotypowy

geranylgeranyl-pirofosforan

Syntaza fitoenu

Desaturaza fitoenu

Desaturaza ζ-karotenu

Cyklaza likopenu

β-karoten

„Golden rice” = Złoty ryżCzy możliwa jest charytatywna biotechnologia?

I ngo Potrykus(Szwajcaria)

Peter Beyer (Niemcy)

Złoty ryż

Institute of Radiation BreedingIbaraki-ken, JAPAN http://www.irb.affrc.go.jp/

promień 100m 89 TBqCo-60 źródło

umieszczone centralnie

Osłona 8m

wysokości

Pole dla hodowli

radiacyjnej

CAhttp://www.irb

Pearradiation

bred

Przykłady produktów z GMO

Nie zjem już nic, co jest genetycznie modyfikowane

To mogłoby być niezdrowe

Korzyści gospodarcze z uprawy GMO

• u ośmiu gatunków zwyżka plonów o 2 mln ton, co dzięki zmniejszeniu zużycia pestycydów o 23 mln kg przyniosło oszczędności rzędu 1,2 mld dolarów w kosztach produkcji, http://technology.open.ac.uk/cts/peg/index.htm

• uprawy soi tolerancyjnych na herbicydy w latach 1995-98 dały oszczędności w zużyciu herbicydu od 0 do 10% w zależności

od roku, lokalizacji i stopnia zachwaszczenia http://www.ncfap.org/

• u kukurydzy i bawełny wprowadzenie odporności typu Bt zmniejszyło zużycie pestycydów w latach 1996-2004

o 8 mln kg (Ann Rev Entom, 2002.47;845-881)

Korzyści gospodarcze z uprawy GMO• gdyby 12 krajów spośród UE-15 wprowadziło odmiany GMO

u kukurydzy, buraka cukrowego i ziemniaków na połowie

powierzchni uprawy tych gatunków, wtedy nastąpiłby wzrost

plonowania równoważny 1,0 mld EUR i zmniejszyło zużycie

pestycydów o 9,8 mln kilogramów (Benbrook, C.M., 200 4, BioTech InfoNet Technical Paper Number 7)

• jeżeli UE wprowadziłaby odmiany GMO na połowie

powierzchni uprawy rzepaku, buraka cukrowego, kukurydzy i

bawełny, wtedy zmniejszyłoby się:

o 14,5 mln kg zużycie pestycydów, o 20,5 mln litrów zużycie

oleju napędowego oraz o 73 000 ton emisja dwutlenku węgla (National Center for Food and Agric Policy, Washington, 2002 )

• nie wprowadzenie odmian tolerancyjnych na herbicydy u

buraka cukrowego pozbawiło w latach 1996-2000 belgijskich

plantatorów ca 15 mln EUR (Bennett, R., et al Plant Biotechn J, 2004 )

Niektóre dane o badaniach

nad bezpieczeństwem odmian GMO

w Europie:

w ostatnich latach w Niemczech oceniono ryzyko

ekologiczne na wybranych elementach środowiska w 110

projektach na kwotę 37 mln DM w okresie 1997 – 2000r.

i 14 mln. EURO w latach 2001 – 2004r. (Bartsch, 2004),

w UE w okresie 1985 – 2000r., 400 zespołów zrealizowało

projekty na kwotę 700 mln EURO (EC,2001)

W stosunku do odmian GMO

wprowadzonych do uprawy

nie wykazano

działania szkodliwego na

organizm ludzki,

czy środowisko.

Analiza efektów niezamierzonych w roślinnych GMO

Różne poziomy integracji w celu wykrycia efektów niezamierzonych

Kuiper H.A. Et al., 2001. The Plant Journal 27; 503-528

Roślina Zmiany fenotypowe

Tkanka

DNA

mRNA

Białka

Metabolity

Zmiany fenotypowe

Analiza sekwencji DNA (miejsce insercji)

Zmienione profile ekspresji genów

Zmienione profile białek

Zmienione profile metaboliczne

Los DNA z transgenów

• DNA transgeniczne znaleziono w organach świń karmionych kukurydzą Mon 810 (Catholic Univ. Coure w Raffale Mazza)

• DNA tworzące transgen nie ulega pełnemu strawieniu, albowiem można je znaleźć w mięśniach, nerkach, wątrobie, krwi oraz śledzionie zwierząt karmionych przez 35 dni Mon 810 [Cry 1A (b)], ale tylko fragmenty nigdy cały gen;

• znaleziono fragmenty genów natywnych kukurydzy (zeina, Sh-2) we wszystkich badanych organach poza mięśniami;

PRZENIESIENIE FRAGMENTÓW DNA ZACHODZI NIEZALEŻNIEOD FAKTU, CZY JEST ONO TRANSGENICZNE

CZY NIETRANSGENICZNE.

(Europ Biot News (2006; vol 5; 44)

Niektóre nowe GMO

• Ziemniaki transgeniczne odporne na zarazę ziemniaczaną – Plant Science Sweden AB,

• gen odp. rpi-blb1 i rpi-blb2; doświadczenia będą przeprowadzone w Szwecji, w 10 miejscowościach do 2010r.

• Ziemniaki transgeniczne o podwyższonej zawartości cukrów prostych w bulwach – Institut of Experimental Botany of Czech Acad Sci; okres 2006 – 2010r., okręg Plzensky

• Ryż transgeniczny Bt – Iran, 2005r. na pow. 4000 ha.

(Europ Biot News (2006; vol 5; 44)

INTERNATIONAL COALITION TO PROTECT THE POLISH COUNTRYSIDE

MIĘDZYNARODOWA KOALICJA DLA OCHRONY POLSKIEJ WSI

Sir Julian Rose, ekolog, właściciel gospodarstwa ekologicznego Hardwick Estate

Jadwiga Łopata właścicielka małego gospodarstwo ekologicznego

Materiały źródłowe http://www.organicconsumers.org/clothes/failing021204.cfm

http://www.gmwatch.org/archive2.asp?arcid=5985 opinie prof. dr hab. Jana Narkiewicza-Jodko

http://www.zm.org.pl/?t=zielone_mazowsze http://www.radiomerkury.pl/index.php?op=radioartykul&id= 10769&grupa=news 01-07-2005 23:44 Environmental News Network (ENN.com)

Information from the Biotechnology Programme of Friends of the Earth Europe

Społeczny Instytut Ekologiczny, www.sie.most.org.pl Greenpeace http://greenpeace.pl/StopGmo/ http://altercampagne.free.fr/ Federacja Zielonych GAJA, www.gajanet.pl DEFENDER – gazeta Obrońców Gospodarstw Rodzinnych, Bio Journal,Ekologiczny Serwis Informacyjny

W EKOCENTRUM można zobaczyćnp.: ekodomy z gliny i słomy zasilane energią słoneczną przetwarzaną przez moduły fotowoltaiczne,(….)

sferyczną szklarnię, biologiczną, która oszczędza o 20% energii więcej niżtradycyjna.

Propozycje

Marzenie każdego z nas ???

Konieczność czy fanaberia?

Dlaczego biotechnologia jest szansą dla rolnictwa XXI wieku?

1965 1988 20203.2 miliarda 5.1 miliarda 8.5 miliarda

Coraz więcej mieszkańców ziemi trzeba będzie wyżywić z tej samej powierzchni uprawnej.

Rolnictwo musi więc stać się bardziej wydajne i ekonomiczne.

DZIĘKUJĘ