Växtbiologi III:
Stress och GMO
Jessica Abbott
Membraner
Sammanfattning
Vattentransporten upp i växten
Vattenånga diffunderar ut
genom klyvöppningarna
Ersätts med vatten från
mesofyllcellerna
Vatten sugs upp i växten
genom xylem
(negativt tryck - tension)
Vatten går in i roten med
osmos
Symbios mellen rhizobia och
bäljväxter
Utbytet
Medspelarna
Växten:
Fotosyntes
• Bäljväxter
• Papilionoideae
• Mimosoideae
• Caesalpinioideae
•Ulmaceae
• Parasponia sp.
CO2
Kolföreningar
Bakterier:
Rhizobia (allmän
benämning)
• Allorhizobium
• Azorhizobium
• Bradyrhizobium
• Mesorhizobium
• Rhizobium
• Sinorhizobium
NODULES
Kväveföreningar
Symbiotisk
kvävefixering
N2
by Lindström
Växthormoner
•
•
•
•
•
Auxin
Cytokinin
Gibberellin
Abskissinsyra (ABA)
Etylen
Växtrörelser
• Tropism
• Nastiska rörelser
Stress
• Biotisk stress:
– patogener
– Jf Rhizobium, mycorrhiza
• Abiotisk stress
– Extrema temperaturer
– Översvämning
– Torka
– Salinitet
– Ozon
Stressrespons
Anpassning
Stressrespons
ABA
Etylen
Salinitet
GMO
”Vanlig” förädling
Vildkål
Blomkål
Genetiskt modifierade ???
Transformation
Vektor
Metod
Mottagarcell
Mottagarcell
• Däggdjur
– Pronuclei i
äggceller
– Embryogena
stamceller
– Spermie-huvud
• Jäst
– Protoplaster
– Intakta celler
• Växter
– Protoplaster
– Olika vävnadstyper
• Drosophila
– Embryonala celler
Observera att differentierade celler = ingen
överföring till nästa generation
Embryogena stamceller
Metoder
• Kemiska
transformationsmetoder
• Mekaniska/elektriska
transformationsmetoder
• “Biologiska”
transformationsmetoder
Kemiska transformationsmetoder
• CaPO4, LiAc-PEG, PEG, eller Dextran
• Fosfolipider/liposomer
• Mottagarceller: nakna celler eller
protoplaster
– Djur: CaPO4, Dextran
– Jäst: LiAc-PEG, Liposomer
– Växter: PEG
Mekaniska/elektriska
transformationsmetoder
• Elektroporering
– Nakna celler eller protoplaster
– Djurceller, jäst, växtprotoplaster
Elektroporering
Mekaniska/elektriska
transformationsmetoder
• Mikroinjektion
– Mest använda för däggdjursceller
(pronukleära äggceller, spermiehuvud),
tidiga embryon, ES celler
– Överföring av hela kärnan i Xenopus
– Drosophila embryo
– Könsceller hos växter, äggceller och pollen
Mikroinjektion
(mikromanipulering)
Mekaniska/elektriska
transformationsmetoder
• Particle bombardment
– Däggdjursvävnader, t.ex. hudceller
– Växtvävnad, speciellt enhjärtbladiga
växter
Partikel-”kanoner”
“Biologiska” transformationsmetoder
• Virus
– Däggdjur: adenovirus, retrovirus,
med fler
– (Växter: geminivirus)
• Agrobakterium
– Växter och fungi
– Främst tvåhjärtbladiga växter
Agrobacterium tumefaciens
Agrobacterium är en växtsjukdom
A. tum på en växtcell
Växttransformation med Agrobacterium
Figure 8-67a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Arabidopsis = växtforskarens
”försökskanin”
In planta
transformation
Agrobacteriummediated
transformation of
Arabidopsis
thaliana using the
floral dip method
Xiuren Zhang,
Rossana Henriques,
Shih-Shun Lin, QiWen Niu and NamHai Chua
Nature Protocols 1,
641 - 646 (2006)
In planta
transformation
”floral dip”
Transformationsvektorer
• Selektion: antibiotika, herbicider,
inhibitorer, enzym,
aminosyraanaloger
• GOI: kloning, genbanker
• Regleringssekvenser
• Konstruktion
• Analys: GUS, GFP, lux
Pyssel med DNA
”Klippa och klistra”: restriktionsenzym och ligaser
Pyssel med DNA
Isoleras och
överförs till
Agrobacterium
Hur man hittar sina transformerade
växter?
• Rapportör-gener:
GUS-gen
GFP-gen
• Selektions-gener
– Motståndskraft mot
antibiotika
– Tolerans mot
ogräsbekämpningsmedel
GMO Primater: Transformation av
djurceller via virus-injicering
Att föröka sticklingar i labbet
Resistens mot bekämpningsmedel
(glyphosphate = ”Roundup”)
Grödor som är toleranta mot
ogräsbekämpningsmedel
Resistens mot insektangrepp
hos Bt växter
Överuttryck av Bacillus
thuringiensis (BT) toxin
CryIA
CryIIIA
FlavrSavr tomat
•RNAi-applikation
(RNA interferens)
•Antisens
polygalacturonase
(PG)
Amflora potatis
BASF Plant Science
Kenth - GMO öl
Detektion av minor
”Golden rice”
”Biopharming”: DNA vacciner
Total areal av biotek-grödor, per
egenskap (milj hektar)
Source: Clive James, 2009
Total areal av biotek-grödor:
industri-/utvecklings-länder (milj hektar)
Global Area of Biotech Crops, 1996 to 2010:
Industrial and Developing Countries (M Has, M Acres)
ISAAA
M Acres
395
160
346
140
Total
296
120
Industrial
247
100
198
80
148
60
99
40
49
20
0
0
Developing
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Source: Clive James, 2010
Total areal av biotek-grödor, per
gröda (milj hektar)
Global Area of Biotech Crops, 1996 to 2010:
By Crop (Million Hectares, Million Acres)
ISAAA
M Acres
198
80
173
70
148
60
Soybean
Maize
Cotton
124
50
99
40
74
30
49
20
25
10
0
0
Canola
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Source: Clive James, 2010
Global Area of Biotech Crops, 1996 to 2010:
By Trait (Million Hectares, Million Acres)
M Acres
Total areal av biotek-grödor, per
egenskap (milj hektar)
100
100
222
90
Herbicide Tolerance
198
80
Insect Resistance (Bt)
173
70
Herb Tolerance/Insect resistance
148
60
124
50
99
40
74
30
49
20
25
10
0
0
1996
1997
1998
1999
2000
Source:
Clive
James, 2010
Source: Clive
James,
2010
2001
2002
2003
2004
2005
2006
ISAAA
2007
2008
2009
2010
IS
GMO grödor (2008)
•
•
100 miljoner hektar = 7 % av arealen
4 grödor = 100 %
– soja 57 %, majs 25 %, bomull 13
%,raps 5 %
• 6 länder = 96%
– USA 55 %, Argentina 18 %, Brasilien 11
%, Kanada 6 %, Indien 3 %, Kina 3 %
• 2 egenskaper = 100 %
– herbicidtolerans 68 %, Bt 19 %
– herbicidtolerans + Bt 13 %
Vem bestämmer?
(www.gmo.nu)
med flera…
Opinionsbildning
