Informacija

Ar galiu natūraliai pakeisti augalų grupės genetiką?

Ar galiu natūraliai pakeisti augalų grupės genetiką?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Aš galvojau apie įvairių rūšių pristatymą tam tikroje aplinkoje, kurioje augalai turės prisitaikyti, kad išgyventų.

Pavyzdžiui, tamsus plotas su vienu šviesos šaltiniu prie pat augalų, kad jie visi norėtų augti link šviesos... tačiau tai gali būti apsunkinta įvedant nedidelį kampo reguliavimą arba dirbtinį vėją (pasirinktinai valdomi ventiliatoriai).

Ar būtų galima pamažu pradėti diegti tokius iššūkius keisti augalus? pavyzdžiui, sustiprinti jų stiebus, kad galėtų kovoti su gravitacija ar vėju?


Žinoma, jūs galite įdėti bet ką (įskaitant augalų populiaciją) į konkrečią aplinką ir galite tikėtis, kad ši populiacija lėtai prisitaikys prie jos.

Daugumos augalų generavimo laikas nėra ypač greitas, todėl evoliucinis eksperimentas gali užtrukti ilgiau nei jūsų gyvenimas. Eksperimentas būtų daug greitesnis, jei pasirinktumėte kai kuriuos vienaląsčius dumblius, pvz Chlamydomonas reinhardtii pavyzdžiui.


Ar galiu natūraliai pakeisti augalų grupės genetiką?

Žinoma. Pradėkite nuo augalų derinio su įvairių savybių deriniu. Nužudykite visus augalus, kuriems trūksta norimų savybių. Dabar turite grupę su kitokia genetika, nei pradėjote.

Pavyzdžiui, tamsus plotas su vienu šviesos šaltiniu prie pat augalų, kad jie visi norėtų augti link šviesos

Augalai jau turi genetiką augti šviesos kryptimi. Jei jie visi augtų į šoną, tai nebūtų genetinis pokytis.

Ar būtų galima pradėti pamažu diegti tokius iššūkius keisti augalus? pavyzdžiui, sustiprinti jų stiebus, kad galėtų kovoti su gravitacija ar vėju?

Ar tu tai supranti negalite pakeisti atskirų organizmų genetikos?

Bet tikrai, nužudykite visus augalus, kurie neturi norimų savybių. Leisk išgyvenusiems veistis. Palikuonys bus genetiškai skirtingi dėl rekombinacijos arba mutacijos. Ir toliau pjaustykite tuos, kurių nenorite, ir populiacijos genetika bus kitokia nei pradinė populiacija.


Spontaniški GMO gamtoje: mokslininkai parodo, kaip gali atsirasti genetiškai modifikuotas augalas

Genetiškai modifikuoti augalai gali atsirasti natūraliomis priemonėmis. Švedijos Lundo universiteto tyrimų grupė aprašė tokio įvykio tarp aukštesniųjų augalų detales. Tikėtina, kad genų perdavimą tarpininkavo parazitas arba patogenas.

Diskusijos dėl genetiškai modifikuotų organizmų (GMO) yra karštos. Vienas iš argumentų prieš juos yra tai, kad nenatūralu maišyti skirtingų rūšių genus. Tačiau Lunde (Švedija) atlikti tyrimai rodo, kad laukinių augalų genetinė modifikacija gali vykti natūraliai.

„Mūsų tyrimų grupėje jau kurį laiką tai įtarėme, o dabar mano kolegė Pernilla Vallenback panaudojo DNR analizę, kad parodytų, jog taip iš tiesų yra“, – sako Lundo universiteto Biologijos katedros profesorius Bengtas O. Bengtssonas.

Evoliucinės genetikos tyrimų grupė išsiaiškino, kad fermento PGIC genas buvo perkeltas į avies eraičiną.Festuca ovina) iš pievos žolės, tikriausiai Poa palustris, reprodukciniu požiūriu atskira rūšis. DNR analizė taip pat rodo, kad buvo perkelta tik nedidelė chromosomos dalis. Tai pirmasis įrodytas geno, turinčio žinomą funkciją, horizontalaus perkėlimo iš vieno aukštesnio augalo branduolio į kitą atvejis.

"Deja, mes tiksliai nežinome, kaip įvyko genų šuolis tarp rūšių, o tai nenuostabu, nes tai įvyko gal prieš 700 000 metų. Labiausiai tikėtinas paaiškinimas yra tai, kad geną perdavė parazitas ar patogenas, pvz. virusas, galbūt su syvus siurbiančio vabzdžio pagalba“, – sako profesorius Bengtssonas.

Jei genų šuoliai gali įvykti natūraliai tarp augalų, priklausančių skirtingoms rūšims, ar tai reiškia, kad nebėra jokios priežasties prieštarauti genetiškai modifikuotiems augalams? Pasak Bengto O. Bengtssono, atsakymas toli gražu nėra paprastas. Jis pastebi, kad nauji rezultatai yra įdomūs ir svarbūs, tačiau jie nedaug pasako apie tai, kas visuomenėje yra teisinga ar neteisinga.

"Daugelis bijo genetiškai modifikuotų pasėlių, nes mano, kad jie gali sukelti nepageidaujamą genų plitimą gamtoje. Šis argumentas man įspūdžio nedaro. Tačiau užjaučiu nerimą dėl didėjančio patentų naudojimo ir monopolizavimo augalų selekcijoje. kodėl taip svarbu, kad universitetuose būtų galima atlikti nemokamus ir komerciškai nepriklausomus augalų genetikos tyrimus“, – sako Bengt O. Bengtsson.

Tyrimas buvo paskelbtas mokslo žurnale PLoS ONE.

Istorijos šaltinis:

Pateiktos medžiagos Lundo universitetas. Pastaba: turinys gali būti redaguojamas pagal stilių ir ilgį.


Paslaptingas genų perdavimas

Žolės yra ekologiškai ir ekonomiškai svarbiausia augalų grupė. Pievos užima 20–40 % pasaulio žemės, o kai kurios plačiausiai pasaulyje auginamos kultūros yra žolės, įskaitant ryžius, kukurūzus, kviečius ir cukranendres. Mūsų naujasis tyrimas yra pirmasis, parodantis, kad šoninis genų perdavimas yra plačiai paplitęs šioje svarbioje augalų grupėje ir vyksta tiek laukinėse, tiek auginamose rūšyse.

Mūsų atradimas pagrįstas genetiniu detektyviniu darbu, padedančiu atsekti kiekvieno geno kilmę 17 žolių rūšių genomuose iš viso pasaulio. Kaip ir tikėtasi, didžioji dauguma genų turėjo tokią pačią evoliucijos istoriją kaip ir rūšių, kuriose jie buvo aptikti, o tai rodo, kad jie buvo perduoti iš kartos iš tėvų į palikuonis. Tačiau radome daugiau nei šimtą pavyzdžių, kai rūšių ir genų evoliucijos istorija nepasakojo tos pačios istorijos.

Rezultatai parodė, kad šie genai praeityje gyveno kitoje toli giminingoje žolių rūšyje, kol buvo perkelti į recipiento genomą.
Žinome, kad rūšių ribos yra porėtos ir kad hibridai gali atsirasti dėl glaudžiai susijusių organizmų dauginimosi. Hibridizacija ir šoninis genų perdavimas galiausiai turi panašų poveikį, sukuriant naujus genų derinius, kurie gali būti naudingi arba ne.

Tačiau šoninis genų perkėlimas nėra dauginimosi procesas, todėl jis gali sujungti gilesnes gyvybės medžio šakas, palengvindamas genetinės medžiagos judėjimą daug didesniais evoliuciniais atstumais. Genai, perduodami tarp žolių rūšių, atlieka funkcijas, susijusias su energijos gamyba, atsparumu stresui ir atsparumu ligoms, todėl gali suteikti jiems evoliucinį pranašumą, nes jie gali augti didesniems, aukštesniems ir stipresniems.

Svetimos DNR buvo aptikta 13 iš 17 paimtų žolių genomuose, įskaitant tokius augalus kaip kukurūzai, soros ir kviečiai. Milijono dolerių vertės klausimas – kaip šie genai juda tarp rūšių? Tiesą sakant, mes nežinome ir niekada negalime tiksliai žinoti, nes yra keletas galimų mechanizmų ir gali būti susiję ne vienas.

Luke'as Dunningas tyrinėja žolę Šri Lankoje. Pateiktas autorius

Juk evoliucija tiria įvykius, įvykusius prieš tūkstančius ir net milijonus metų. Tačiau statistiškai reikšmingai padaugėjo perkeltų genų, esančių žolių rūšyse su šakniastiebiais – modifikuotomis šaknimis, leidžiančiomis augalams daugintis nelytiniu būdu (procesas, kurio metu dalis augalo gali būti naudojama naujam augalui sukurti). DNR perkėlimas į šakniastiebį gali būti palengvintas tiesioginiu kontaktu tarp rūšių po žeme, o tai įmanoma per šaknų sintezę. Įdomu tai, kad mokslininkai neseniai pastebėjo, kad DNR juda tarp tabako augalų, kurie buvo skiepyti kartu, o tai dar labiau patvirtina šią hipotezę.

Bet kokia svetima DNR, perkelta į šakniastiebį, būtų atkartota visose dukterinio klono ląstelėse, atsirandančiose iš šio audinio, kai augalas dauginasi nelytiškai. Ši svetima DNR vėliau pateks į gemalo liniją (ląsteles, kurios perduoda savo genetinę medžiagą palikuonims) ir ateities kartas, kai dukra klonuoja žydėjimą ir išaugina sėklas.


Naujas CRISPR įrankis įjungia ir išjungia genus kaip šviesos jungiklį

Klasikinė genų redagavimo wunderkind versija tiesiogine prasme supjausto geną į gabalus, kad jį išjungtų. Tai veiksminga, taip. Bet tai panašu į elektros laidą per popieriaus smulkintuvą, kad išjungtumėte netinkamai veikiančią lemputę. Kai laidai nukirpti, kelio atgal nėra.

Kodėl vietoj to nepridėjus šviesos jungiklio?

Šį mėnesį komanda iš Kalifornijos universiteto San Franciske (UCSF) pergalvojo CRISPR, kad tai padarytų. Naujasis CRISPR variantas, užuot tiesiogiai veikiantis genus (neatšaukiamai pašalindamas arba sukeisdamas genetines raides, nukreipia į biologinę mašiną, kuri natūraliai įjungia arba išjungia genus).

Vertimas? CRISPR dabar gali „perjungti šviesos jungiklį“, kad valdytų genus, niekada jų neliesdamas. Tai gerėja. Naujasis įrankis CRISPRoff gali priversti geną tylėti šimtus kartų, net kai jo ląstelės-šeimininkės iš kamieninių ląstelių virsta brandesnėmis ląstelėmis, pavyzdžiui, neuronais. Kai „miegančiosios gražuolės“ genai yra pasirengę pabusti, papildomas įrankis CRISPRon vėl įjungia šviesos jungiklį.

Ši nauja technologija „pakeičia žaidimą, todėl dabar jūs iš esmės rašote pokytį [į genus], kurie perduodami", sakė autorius dr. Luke'as Gilbertas. „Kai kuriais būdais galime išmokti sukurti saugesnę ir tokią pat veiksmingą CRISPR-Cas9 2.0 versiją.

Tu juokauji. Kaip?

Esmė yra kažkas, kas vadinama epigenetika. Tai visa cheminių medžiagų ir baltymų sistema, kuri kontroliuoja, ar genas įjungtas ar išjungtas.

Jei tai skamba klaidinančiai, pradėkime nuo to, kaip iš tikrųjų atrodo genai ląstelės viduje ir kaip jie įsijungia. Sakydamas „įsijungimas“ turiu omenyje, kad genai paverčiami baltymais – medžiaga, kuri formuoja mūsų fizinę formą, kontroliuoja medžiagų apykaitą ir verčia mus laikyti gyvus, kvėpuojančius žmones.

Genai yra įterpti į DNR grandines, kurios labai tvirtai apgaubia pagrindinį baltymą – panašiai kaip į šoninę apvyniotus šparagus. Kad genai įsijungtų, pirmas žingsnis yra tas, kad jiems reikia krūvos baltymų, kurie švelniai atplėštų DNR grandinę nuo „šparagų“, kad genai dabar laisvai plūduriuotų jų ląstelių erdvės kapsulėje, vadinamoje branduoliu.

Kai ši bekono DNR dalis yra laisva, daugiau baltymų veržiasi į geną. Tada jie nuriedės žemyn geno nukleotidais (A, T, C ir G) kaip vejapjovė. Tačiau vietoj mulčio ši biologinė „mašina“ išmeta pasiuntinį, kuris liepia ląstelei pradėti gaminti baltymus – mRNR. (Taip, ta pati medžiaga, kuri gamina kai kurias mūsų Covid-19 vakcinas.) mRNR nukreipia mūsų ląstelių baltymų gamyklą pradėti gamybą, ir voilà, tas genas dabar įjungtas!

Viskas, kas sutrikdo šį procesą, suaktyvina geno gebėjimą virsti baltymais ir iš esmės jį išjungia. Tai nepaprastai galinga, nes viena epigenetinė mašina gali valdyti šimtus ar tūkstančius genų. Tai pagrindinis genomo šviesos jungiklis.

Genetinės atminties rašytojas

Komanda pradėjo nuo CRISPR sistemos, kurioje yra kastruotas Cas9. Tai reiškia, kad baltymas, paprastai dalyvaujantis pjaustant geną, Cas9, nebegali nupjauti DNR, net kai prie tinkamos vietos yra pririštas kito komponento, vadovaujančiosios RNR „bloodhaund“. Tada jie prisijungė prie baltymo, kuris yra susijęs su genų išjungimu prie šios CRISPR versijos.

Štai protinga dalis: baltymas skirtas užgrobti natūralų epigenetinį genų išjungimo procesą. Genai dažnai išjungiami per natūralų procesą, vadinamą „metilinimu“. Paprastai procesas yra laikinas ir grįžtamasis dėl geno. CRISPRoff vadovauja šiam procesui, savo ruožtu išjungdamas bet kurį tikslinį geną, bet daug ilgesniam laikui, fiziškai neišardydamas geno.

Dėl epigenetikos „didinančios“ galios CRISPRoff leidžia tyrėjams žengti į priekį. Viename eksperimente, skirtame daugiau nei 20 000 genų įamžintose žmogaus inkstų ląstelėse su CRISPRoff, komanda sugebėjo patikimai išjungti tuos genus.

Nepatenkinta vienpuse gatve, komanda vėliau sukūrė panašų CRISPR variantą su skirtingu su epigenetika susijusiu baltymu, pavadintu CRISPRon. Petri lėkštelėse esančiose ląstelėse CRISPRon sugebėjo nepaisyti CRISPRoff ir savo ruožtu vėl įjungti genus.

„Dabar turime paprastą įrankį, kuris gali nutildyti didžiąją daugumą genų“, – sakė tyrimo autorius dr. Jonathanas Weissmanas. “Mes galime tai padaryti keliems genams tuo pačiu metu nepažeisdami DNR... ir tokiu būdu, kurį galima pakeisti.

Eik į atstumą

Dar beprotiška, kad išjungimo jungiklis truko ištisas kartas. Kai komanda išjungė su imunine sistema susijusį geną, jis išliko 15 mėnesių – po maždaug 450 ląstelių kartų.

Redagavimas taip pat truko esminę transformaciją, ty ląstelės kelionę iš indukuotos pluripotentinės kamieninės ląstelės (iPSC) į neuroną. iPSC dažnai prasideda kaip odos ląstelės, o per cheminę vonią atjauninamos į kamienines ląsteles, o vėliau imasi antrosios kelionės, kad taptų neuronais. Šis procesas dažnai pašalina epigenetinius pokyčius. Tačiau autorių nuostabai, CRISPRoff įtaka išliko per transformacijas. Viename eksperimente komanda nustatė, kad su Alzheimerio liga susijusio geno išjungimas iPSC taip pat sumažino vėliau užkoduotų toksiškų baltymų kiekį gautuose neuronuose.

„Mes parodėme, kad tai yra perspektyvi strategija, padedanti nutildyti Tau ir užkirsti kelią šio baltymo ekspresijai“, – sakė Weissmanas, pabrėždamas tik vieną būdą, kaip CRISPRoff – ir apskritai epigenomą kontroliuoti – gali pakeisti mediciną.

CRISPR 2.0

Tai ne pirmas kartas, kai kas nors bandė nukreipti epigenomą su CRISPR. Ta pati komanda anksčiau eksperimentavo su kitu CRISPR variantų rinkiniu, kuris bandė tą patį. Skirtumas tarp šių dviejų yra laikas ir stabilumas. Su ankstesne sąranka mokslininkai stengėsi išlaikyti „šviesos jungiklį“ išjungtą vieną kartą. Naujasis neturi problemų išlaikyti bet kokius pokyčius per kelis genomo padalijimus ir transformacijas.

Patikimas CRISPR įrankis epigenetikai yra beprotiškai galingas. Nors turime vaistų, kurie veikia panašiai, jie yra daug mažiau tikslūs ir turi daug šalutinių poveikių. Tačiau kol kas CRISPRoff ir CRISPRon veikia tik Petri lėkštelėse esančiose ląstelėse, o kitas žingsnis link genomo viršenybės būtų užtikrinti, kad jie veiktų gyvose būtybėse.

Jei taip yra, tai gali visam laikui pakeisti genetinį redagavimą. Nuo biologinių grandinių perprogramavimo sintetinėje biologijoje iki grandinių užgrobimo ar panaikinimo, siekiant užkirsti kelią ligoms, epigenetinis perprogramavimas suteikia galimybę visa tai padaryti niekada neliečiant genų, pašalinant mutacijų grėsmę, o tai sukelia ilgalaikį poveikį ištisoms kartoms.

„Manau, kad mūsų įrankis tikrai leidžia mums pradėti tyrinėti paveldimumo mechanizmą, ypač epigenetinį paveldimumą, kuris yra didžiulis biomedicinos mokslų klausimas“, – sakė tyrimo autorius dr. Jamesas Nuñezas.


Genetiškai modifikuotų maisto produktų sauga: nenumatytų padarinių sveikatai vertinimo metodai (2004 m.)

Šiame skyriuje trumpai aprašomi genetinės modifikacijos metodai, naudojami kuriant naujas augalų, gyvūnų ir mikrobų padermes, skirtas naudoti žmonių maistui. Kitame skyriuje (3 skyriuje) pateikiama išsami tikimybė, kad šie metodai gali sukelti netyčinius sudėties pokyčius.

FONAS

Modifikacija, siekiant sukurti norimas augalų, gyvūnų ir maistui naudojamų mikrobų savybes, prasidėjo maždaug prieš 10 000 metų. Dėl šių pokyčių kartu su natūraliais evoliuciniais pokyčiais atsirado įprastų maisto rūšių, kurios dabar genetiškai skiriasi nuo savo protėvių.

Naudingi šių genetinių modifikacijų rezultatai yra padidėjusi maisto gamyba, patikimumas, pagerintas skonis ir maistinė vertė bei mažesni nuostoliai dėl įvairių biotinių ir abiotinių įtampų, tokių kaip grybeliniai ir bakteriniai patogenai. Šie tikslai ir toliau motyvuoja šiuolaikinius veisėjus ir maisto mokslininkus, sukūrusius naujesnius genetinės modifikacijos metodus, skirtus atskiriems organizmams, turintiems genetiškai patobulintų savybių, identifikuoti, atrinkti ir analizuoti.

Augalų rūšims sukurti, įvertinti ir išleisti naują derlių pagal tarptautinius reikalavimus, kurie nurodo, kad kiekviena nauja veislė turi atitikti bent tris kriterijus, gali užtrukti iki 12 metų: ji turi būti genetiškai atskirta nuo visų kitų. veislės, ji turi būti genetiškai vienoda visoje populiacijoje ir turi būti genetiškai stabili (UPOV, 2002).

Nors modifikavimo metodų pažanga gali sutrumpinti laiką, kurio reikia naujiems maisto produktams pateikti į rinką, svarbi ilgo

Vertinimo laikotarpis yra toks, kad jis suteikia daugiau galimybių užtikrinti, kad žalingos savybės bus nustatytos ir galimai kenksmingos naujos veislės bus pašalintos prieš išleidžiant į rinką. Kaip išsamiau aptarta 5 skyriuje, protinga ir pageidautina identifikuoti potencialiai pavojingus produktus prieš juos pateikiant prekybai, o su keliomis išimtimis standartinė augalų veisimo praktika tai buvo labai sėkminga.

AUGALŲ GENETINĖ MODIFIKACIJA

Kiti metodai nei genų inžinerija

Paprastas pasirinkimas

Lengviausias augalų genetinės modifikacijos metodas (žr. 1 skyriuje pateiktus veikimo apibrėžimus), kurį naudojo mūsų klajokliai protėviai ir tęsiasi iki šiol, yra paprastas pasirinkimas. Tai yra, tikrinama genetiškai nevienalytė augalų populiacija, o toliau dauginimui atrenkami &bdquogeresnieji&irdquo individai&mdashaugalai, pasižymintys labiausiai pageidaujamomis savybėmis, pvz., geresniu skoniu ir derlingumu. Kiti suvalgomi arba išmetami. Sėklos iš geresnių augalų sėjamos, kad išaugintų naujos kartos augalai, kurių visi arba dauguma turės norimus bruožus ir išreikš juos. Per kelerius metus šie augalai ar jų sėklos yra išsaugomi ir persodinami, o tai padidina aukštesniųjų augalų populiaciją ir perkelia genetinę populiaciją taip, kad joje dominuotų pranašesnis genotipas. Šis labai senas veisimo būdas buvo patobulintas šiuolaikinėmis technologijomis.

Šiuolaikinių paprasto atrankos metodų pavyzdys yra žymekliu padedamas pasirinkimas, kuri naudoja molekulinę analizę, kad aptiktų augalus, galinčius išreikšti norimas savybes, pvz., atsparumą ligoms vienam ar keliems specifiniams patogenams populiacijoje. Sėkmingai pritaikius atranką pagal žymeklį, galima greičiau ir efektyviau identifikuoti kandidatus, kurie gali turėti &bdquosuperior bruožų.&rdquo.

Aukščiausios savybės yra tos, kurios laikomos naudingomis žmonėms, taip pat naminiams gyvūnams, kurie maitinasi augaliniu maistu, ir nebūtinai yra naudingi augalui ekologiniu ar evoliuciniu požiūriu. Dažnai savybės, kurios laikomos naudingomis selekcininkams, kenkia augalui aplinkos tinkamumo požiūriu. Pavyzdžiui, sumažinus neskanių cheminių medžiagų kiekį augale, jis tampa patrauklesnis žmonėms, bet taip pat gali pritraukti daugiau vabzdžių ir kitų kenkėjų, todėl sumažėja tikimybė išgyventi netvarkomoje aplinkoje.Dėl to auginamų kultūrų veislių populiacijos gamtoje retai susikuria, kai pabėga iš ūkio. Ir atvirkščiai, kai kurios savybės, didinančios augalų atsparumą ligoms, taip pat gali būti kenksmingos žmonėms.

Perėjimas

Kryžminimas įvyksta, kai augalų selekcininkas paima žiedadulkes iš vieno augalo ir užtepa jas ant lytiškai suderinamo augalo piestelės, išaugindamas hibridą, pernešantį abiejų tėvų genus. Kai hibridinis palikuonis pasiekia žydėjimo brandą, jis taip pat gali būti naudojamas kaip tėvas.

Augalų selekcininkai dažniausiai nori sujungti naudingąsias dviejų augalų savybes. Pavyzdžiui, jie gali pridėti atsparumo ligoms geną iš vieno augalo į kitą, kuris yra derlingas, bet jautrus ligoms, palikdamas bet kokius nepageidaujamus atsparaus ligoms augalo genetinius bruožus, tokius kaip prastas vaisingumas ir sėklų derlius, jautrumas ligoms. vabzdžių ar kitų ligų, arba antimitybinių metabolitų susidarymo.

Dėl atsitiktinio genų ir bruožų rekombinavimo sukryžmintuose augaluose pobūdžio selekcininkai paprastai turi sukurti šimtus ar tūkstančius hibridinių palikuonių, kad sukurtų ir identifikuotų tuos kelis, kurie turi naudingų savybių ir mažiausiai nepageidaujamų savybių. Pavyzdžiui, dauguma palikuonių gali turėti pageidaujamą atsparumą ligoms, tačiau kai kurie gali turėti ir nepageidaujamų ligoms atsparių tėvų genetinių savybių. Kryžminimas vis dar yra šiuolaikinio augalų veisimo pagrindas, tačiau į selekcininkų ir rsquo įrankių rinkinį buvo įtraukta daug kitų metodų.

Tarprūšinis kirtimas

Tarprūšinis kirtimas gali vykti įvairiomis priemonėmis. Glaudžiai giminingos rūšys, pavyzdžiui, auginamos avižos (Avena sativa) ir jo piktžolėtos giminės laukinės avižos (Avena fatua), gali apsidulkinti, kad galėtų keistis genetine informacija, nors taip paprastai nėra. Vienos rūšies genai tam tikromis sąlygomis taip pat gali natūraliai integruotis į tolimesnių giminaičių genomus. Kai kurie maistiniai augalai gali turėti genus, kilusius iš skirtingų rūšių, perduodamus tiek gamtos, tiek žmogaus įsikišimo. Pavyzdžiui, paprastųjų kviečių veislės turi rugių genus. Paprasta bulvė, Solanum tuberosum, gali kryžminti su kitų rūšių giminaičiais, pvz S. acaule (Kozukue ir kt., 1999) arba S. chacoense (Sanford ir kt., 1998 Zimnoch-Guzowska ir kt., 2000).

Chromosomų inžinerija yra terminas, vartojamas nerekombinantinės dezoksiribonukleino rūgšties (rDNR) citogenetinėms manipuliacijoms, kai chromosomų dalys iš artimų ar tolimų rūšių yra rekombinuojamos per natūralų procesą, vadinamą chromosomų translokacija. Searsas (1956, 1981) buvo šio proceso pradininkas, kuris pasirodė esąs vertingas perkeliant kitu atveju nepasiekiamus bruožus, pvz., atsparumą kenkėjams ar ligoms, į pasėlių rūšis. Tačiau, kadangi perkeliant didelius chromosomų segmentus taip pat buvo perkelta daug neutralių ar žalingų genų, šios technikos naudingumas buvo ribotas.

Naujausi patobulinimai leidžia augalų selekcininkams apriboti perkeliamą genetinę medžiagą, daugiau dėmesio skiriant dominančiam genui (Lukaszewski, 2004). Kaip rezultatas,

chromosomų inžinerija tampa konkurencingesnė su rDNR technologija, nes ji gali perduoti palyginti mažas DNR dalis. Kai kurios augalų rūšys, tokios kaip kukurūzai, sojos pupelės, ryžiai, miežiai ir bulvės, buvo patobulintos naudojant chromosomų inžineriją (Gupta ir Tsuchiya, 1991).

Embrionų gelbėjimas

Kartais reikalingas žmogaus techninis įsikišimas, kad būtų užbaigtas genų perkėlimas tarp rūšių. Kai kurie augalai apdulkina kryžminį apdulkinimą, o gautas apvaisintas hibridinis embrionas išsivysto, bet negali subręsti ir sudygti. Šiuolaikiniai augalų selekcininkai sprendžia šią problemą natūraliai apdulkindami ir pašalindami augalo embrioną, kol jis nustoja augti, patalpindami jį į audinių kultūros aplinką, kurioje jis gali užbaigti vystymąsi. Toks embriono gelbėjimas nelaikomas genų inžinerija ir paprastai nenaudojamas naujoms veislėms tiesiogiai išvesti, o naudojamas kaip tarpinis žingsnis perduodant genus iš tolimų, lytiškai nesuderinamų giminaičių per tarpinius, iš dalies suderinamus donoro ir donoro giminaičius. gavėjų rūšis.

Somatinė hibridizacija

Naujausi audinių kultūros technologijų pažanga suteikė naujų galimybių rekombinuoti skirtingų augalų šaltinių genus. Į somatinė hibridizacija, procesas taip pat žinomas kaip ląstelių sintezė, ląstelių, augančių auginimo terpėje, pašalinamos apsauginės sienelės, dažniausiai naudojant pektinazės, celiuliozės ir hemiceliulazės fermentus. Šios nuluptos ląstelės, vadinamos protoplastai, yra sujungti iš skirtingų šaltinių ir naudojant įvairius metodus, pvz., elektros šoką, yra sujungti vienas su kitu.

Kai susilieja du protoplastai, gautame somatiniame hibride yra genetinės medžiagos iš abiejų augalų šaltinių. Šis metodas įveikia fizines žiedadulkių hibridizacijos kliūtis, bet ne pagrindinius chromosomų nesuderinamumus. Jei somatinis hibridas yra suderinamas ir sveikas, jis gali išaugti nauja ląstelės sienelė, prasidėti mitozinis dalijimasis ir galiausiai išaugti į hibridinį augalą, turintį abiejų tėvų genetines savybes. Nors protoplastų suliejimas yra lengvai įvykdomas, nes beveik visi augalai (ir gyvūnai) turi šiam procesui tinkamų ląstelių, palyginti nedaugelis sugeba atkurti visą organizmą, o dar mažiau gali lytiškai daugintis. Šis negenetinės inžinerijos metodas nėra įprastas augalų selekcijoje, nes sėkmingų, derlingų hibridų asortimentas nėra daug didesnis nei įmanoma naudojant kitas įprastas technologijas.

Somakloninė variacija

Somakloninė variacija – tai savaiminių mutacijų, atsirandančių auginant augalų ląsteles in vitro, pavadinimas. Daugelį metų augalai atsinaujino iš tis.

ieškinio kultūra kartais turėjo naujų bruožų. Tik devintajame dešimtmetyje du Australijos mokslininkai manė, kad šis reiškinys gali tapti nauju genetinio kintamumo šaltiniu ir kad kai kurie augalų variantai gali turėti vertingų savybių augalų selekcininkams (Larkin ir Scowcroft, 1981).

Devintajame dešimtmetyje augalų selekcininkai visame pasaulyje augino augalus in vitro ir įvertino regenerantus dėl potencialiai vertingų įvairių kultūrų variantų. Buvo sukurtos ir komerciškai išleistos naujos kelių kultūrų, tokių kaip linai, veislės (Rowland ir kt., 2002). Tuo metu reguliavimo institucijos nereikalavo šių naujų veislių molekulinės analizės, o kūrėjai jų neatliko, kad išsiaiškintų pagrindinių genetinių pokyčių, lemiančių varianto ypatybes, pobūdį. Kai kurie veisėjai, ypač besivystančiose šalyse, vis dar naudoja somakloninę variaciją, tačiau šią negenų inžinerijos techniką iš esmės išstūmė labiau nuspėjamos genų inžinerijos technologijos.

Mutacijų dauginimasis: sukelta cheminė ir rentgeno mutagenezė

Mutacijų veisimas apima augalų ar sėklų veikimą mutageniniais agentais (pvz., jonizuojančia spinduliuote) arba cheminiais mutagenais (pvz., etilmetansulfonatu), kad būtų sukelti atsitiktiniai DNR sekos pokyčiai. Veisėjas gali pakoreguoti mutageno dozę taip, kad jos pakaktų kai kurioms mutacijoms atsirasti, bet nepakankamai, kad būtų mirtina. Paprastai daug augalų ar sėklų yra mutagenizuojami, auginami iki reprodukcinės brandos ir išvedami palikuonys. Palikuonys vertinami dėl potencialiai vertingų naujų savybių fenotipinės raiškos.

Kaip ir somakloninės variacijos atveju, didžioji dauguma mutacijų, atsirandančių dėl šio metodo, yra žalingos, ir tik atsitiktinumas lemia, ar atsiras kokių nors žmonėms naudingų genetinių pokyčių. Išskyrus dozavimo keitimą, nėra jokių priemonių kontroliuoti mutageno poveikį arba nukreipti į konkrečius genus ar požymius. Atrodo, kad mutageninis poveikis yra atsitiktinis visame genome ir net jei tam tikrame augale įvyksta naudinga mutacija, gali atsirasti ir žalingų mutacijų. Nustačius naudingą mutaciją, selekcininkai stengiasi sumažinti žalingas mutacijas ar kitas nepageidaujamas mutavusio augalo savybes. Nepaisant to, pasėliai, gauti veisiant mutacija, vis dar gali turėti DNR pakitimų, viršijančių specifinę mutaciją, kuri suteikė pranašumą.

Daugumoje šalių (įskaitant JAV) sukeltos mutacijos pasėliai nėra reglamentuojami maisto ar aplinkos saugos požiūriu, o selekcininkai paprastai neatlieka tokių pasėlių molekulinės genetinės analizės, kad apibūdintų mutacijas ar nustatytų jų mastą. Todėl beveik neabejotina, kad atsiranda ir kitų mutacijų, nei tos, kurios sukelia identifikuotus naudingus bruožus, kurios gali būti neaiškios, o nebūdingos ir nežinomos.

Visame pasaulyje buvo sukurta daugiau nei 2300 skirtingų pasėlių veislių naudojant sukeltą mutagenezę (FAO/TAEA, 2001), ir maždaug pusė iš jų buvo sukurtos per pastaruosius 15 metų. Jungtinėse Amerikos Valstijose pasėlių veislės nuo kviečių iki greipfrutų buvo mutavusios nuo tada, kai ši technika pirmą kartą buvo panaudota

1920 m. Nėra duomenų apie šių mutantinių kultūrų molekulines charakteristikas ir daugeliu atvejų nėra įrašų, leidžiančių atsekti jų vėlesnį naudojimą.

Ląstelių pasirinkimas

Naudojant buvo sukurtos kelios komercinės paskirties augalų veislės ląstelių pasirinkimas, įskaitant sojų pupeles (Sebastian ir Chaleff, 1987), rapsus (Swanson ir kt., 1988) ir linus (Rowland ir kt., 1989). Šis procesas apima ląstelių populiacijos išskyrimą iš vadinamojo &bdquoelito augalo&rdquo, pasižyminčio pranašesnėmis žemdirbystės savybėmis. Tada ląstelės išpjaunamos ir auginamos kultūroje. Iš pradžių populiacija yra genetiškai vienalytė, tačiau pokyčiai gali atsirasti spontaniškai (kaip somakloninėje variacijoje) arba sukelti naudojant mutageninius agentus. Ląstelės su norima fenotipo variacija gali būti atrenkamos ir regeneruojamos į visą augalą. Pavyzdžiui, į auginimo terpę įdėjus tinkamą kiekį atitinkamo herbicido, galima identifikuoti ląsteles, ekspresuojančias naują atsparumo herbicidams fenotipą. Teoriškai visos normalios, jautrios ląstelės pasiduos herbicidui, tačiau naujai atspari ląstelė išliks ir galbūt net toliau augs. Taigi herbicidams atsparią ląstelę ir jos išvestą palikuonių ląstelių liniją galima atrinkti ir regeneruoti į visą augalą, kuris vėliau išbandomas siekiant užtikrinti, kad fenotipinis bruožas yra stabilus ir atsiranda dėl paveldimo genetinio pakitimo. Praktiškai daugelis veiksnių įtakoja atrankos procedūros sėkmę, o norimas bruožas turi turėti biocheminį pagrindą, kuris būtų tinkamas atrankai in vitro ir ląstelių lygiu.

Veisėjai negali pasirinkti, kaip padidinti ląstelių kultūrų derlių, nes šio požymio ląstelinis mechanizmas nėra žinomas. Ląstelių atrankos pranašumas, palyginti su įprastu veisimu, yra galimybė nebrangiai per trumpą laiką ištirti didelį ląstelių skaičių Petri lėkštelėje, o ne išveisti panašų skaičių augalų brangiame, dideliame lauko bandyme, atliekamame per visą auginimo sezoną.

Kaip ir somakloninė variacija, ląstelių atranką iš esmės pakeitė rekombinantinės technologijos dėl didesnio tikslumo, didesnio sėkmės lygio ir mažiau nedokumentuotų mutacijų.

Genetinė inžinerija

Kaip pažymėta 1 skyriuje, šioje ataskaitoje apibrėžiama genetinė inžinerija konkrečiai kaip vienos rūšies genetinė modifikacija, apimanti numatomą tikslinį augalo ar gyvūno genų sekos pakeitimą, kad būtų pasiektas konkretus rezultatas naudojant rDNR technologiją. Šiame tekste aprašyti įvairūs genų inžinerijos metodai.

Mikrobų vektoriai

Agrobacterium tumefaciens yra natūralūs dirvožemio mikrobai, geriausiai žinomi kaip sukeliantys vainiko tulžies ligą jautrioms augalų rūšims. Tai neįprastas pato-

gen, nes užkrėsdamas šeimininką, jis perneša dalį savo DNR į augalo ląstelę. Perkelta DNR yra stabiliai integruota į augalo DNR, o augalas skaito ir išreiškia perkeltus genus taip, lyg jie būtų savo paties. Perkelti genai nukreipia kelių medžiagų, tarpininkaujančių vainiko tulžies vystymuisi, gamybą.

Tarp šių medžiagų yra viena ar daugiau neįprastų nebaltyminių aminorūgščių, vadinamų opinais. Opos yra perkeliamos visame augale, todėl maistas, pagamintas iš laja tulžies užkrėstų augalų, turės šias nuomones. Devintojo dešimtmečio pradžioje atmainos Agrobakterija buvo sukurti, kuriems trūko ligą sukeliančių genų, tačiau jie išlaikė gebėjimą prisijungti prie jautrių augalų ląstelių ir perduoti DNR.

Pakeitę dominančia DNR vainiko tulžies ligą sukeliančią DNR, mokslininkai išvedė naujas Agrobakterija kurios pristato ir stabiliai integruoja specifinę naują genetinę medžiagą į tikslinių augalų rūšių ląsteles. Jei vėliau transformuota ląstelė regeneruojama į visą vaisingą augalą, visos palikuonių ląstelės taip pat turi ir gali išreikšti įterptus genus. Agrobakterija yra natūraliai pasitaikantis genų inžinerijos agentas ir atsakingas už daugumą komercinės gamybos GE gamyklų.

Mikrosviedinio bombardavimas

Kleinas ir jo kolegos (1987) išsiaiškino, kad plika DNR gali būti pristatyta į augalų ląsteles, jas nušaujant mikroskopinėmis granulėmis, prie kurių buvo prilipusi DNR. Tai neapdorotas, bet veiksmingas fizinis DNR pristatymo būdas, ypač tokioms rūšims kaip kukurūzai, ryžiai ir kiti javų grūdai, Agrobakterija natūraliai nesikeičia. Daugelis komercinės gamybos GE gamyklų iš pradžių buvo transformuotos naudojant mikrosviedinį.

Elektroporacija

Į elektroporacija, augalų protoplastai paima makromolekules iš juos supančio skysčio, skatinami elektrinio impulso. Ląstelės, augančios auginimo terpėje, pašalinamos nuo apsauginės sienelės, todėl susidaro protoplastai. Žinomos DNR tiekimas į protoplastų auginimo terpę ir tada elektros impulsas laikinai destabilizuoja ląstelės membraną, todėl DNR gali patekti į ląstelę. Tada transformuotos ląstelės gali atkurti savo ląstelių sieneles ir išaugti į sveikus, vaisingus transgeninius augalus. Elektroporaciją riboja prastas daugumos augalų rūšių regeneravimo iš protoplastų efektyvumas.

Mikroinjekcija

DNR gali būti švirkščiama tiesiai į pritvirtintas ląsteles. Dalis šių ląstelių išliks ir integruos įšvirkštą DNR. Tačiau šis procesas yra daug darbo jėgos ir neefektyvus, palyginti su kitais metodais.

Transposonai / perkeliami elementai

Daugumos augalų ir kai kurių gyvūnų (pvz., vabzdžių ir žuvų) rūšių genai turi transpozonus, kurie yra trumpi, natūraliai atsirandantys DNR gabalėliai, galintys perkelti iš vienos genomo vietos į kitą. Pirmą kartą Barbara McClintock tokius perkeliamus elementus kukurūzų augaluose aprašė šeštajame dešimtmetyje (Cold Spring Harbor Laboratory, 1951). Transpozonai buvo plačiai tiriami tyrimų laboratorijose, ypač tiriant mutagenezę ir DNR rekombinacijos mechaniką. Tačiau jie dar nebuvo panaudoti siekiant pateikti naują genetinę informaciją, siekiant pagerinti komercinius augalus.

Netransgeniniai molekuliniai manipuliavimo metodai

Genetinės savybės gali būti įtrauktos į augalus ir gyvūnus, neįterpiant jų į recipiento organizmą ir natūralų genomą. Dominanti DNR gali būti pristatyta į augalo ląstelę, išreiškiant naują baltymą ir taip sukuriant naują bruožą ir neintegruojant į ląstelės šeimininko DNR. Pavyzdžiui, viruso padermės gali būti modifikuotos, kad genetinę medžiagą perneštų į augalo ląstelę, daugintųsi ir klestėtų neintegruojant į šeimininko genomą. Tačiau be integracijos mejozės metu gali būti prarasta nauja genetinė medžiaga, todėl sėklos palikuonys gali neturėti ar išreikšti naujos savybės.

Daugelis maistinių augalų yra daugiamečiai arba dauginami vegetatyviniu būdu, pavyzdžiui, skiepijant arba iš auginių. Tokiais atvejais virusas ir nauji genai būtų išlaikomi vėlesnėse, neseksualiai sukurtose populiacijose. Techniškai tokie augalai nėra rDNR produktai, nes nėra įvestos DNR rekombinacijos ar įterpimo į šeimininko genomą. Nors šie augalai nėra GE, jie turi naują DNR ir naujus bruožus. Nėra žinoma, kad šiuo metu JAV ar kitur būtų parduodami tokie produktai. (Daugiau informacijos apie genetinius mechanizmus, naudojamus augalų gerinimui, žr. McHughen [2000].)

GYVŪNŲ GENETINĖ MODIFIKACIJA

Kiti metodai nei genų inžinerija

Prijaukinimas ir dirbtinė atranka

Šiuolaikinės gyvulių veislės labai skiriasi nuo savo protėvių dėl veisimo strategijų. Pavyzdžiui, tarp Holšteino veislės pieninių galvijų padaugėjo pieno iš vienos karvės. Panašiai veisimo programos lėmė liesas, greitai augančias kiaules (Notter, 1999). Šiuolaikinių veislių viščiukai per metus duoda daugiau nei 250 kiaušinių, maždaug dvigubai daugiau nei 1950 m., vėlgi daugiausia dėl genetinės atrankos.

Įkurtos ir naujos gyvulininkystės biotechnologijos apima:

reprodukcinės technologijos, naudojant natūraliai atsirandančius hormonus, pvz., rekombinantinio galvijų somatotropino žymenų atrankos biotechnologijas, siekiant pagerinti reprodukcijos efektyvumą, nepažeidžiant genomo, ir biotechnologijas, siekiant sustiprinti pageidaujamų genų ekspresiją.

Pagalbinės apvaisinimo procedūros

Šiuolaikinės gyvulių veislės skiriasi nuo savo protėvių, nes šaldytos spermos naudojimas dirbtiniam apvaisinimui (AI) kartu su tėvo tyrimais ir veislių atranka labai paveikė gyvulių, ypač pieninių galvijų, genetinę kokybę. Atrinktų bulių vaisingumas tiriamas ir vertinamas pagal jų dukterų pieną. Įspūdingas pavyzdys yra Holšteino karvių pienas, kurio 1945–1995 m. padaugėjo beveik tris kartus (Majeskie, 1996 m.) derinant AI, naudojant rinktinių bulių spermą ir patobulintą pieno gamybos valdymą (Diamond, 1999 Hale, 1969). Naudojant sudėtingus statistinius modelius veislinėms vertėms prognozuoti, tėvo tikrinimas ir selekcija, kryžminimas ir atranka pagal žymenį, kartu su AI, labai pagerino gyvulių gamybos ypatybes. Tikimasi, kad dirbtinis intelektas ir toliau bus neatsiejama gyvūnų auginimo sistemų priemonė.

(Pagalbinio apvaisinimo ir rekombinantinių hormonų technologijos išsamiai aptariamos pridedamoje ataskaitoje, Gyvūnų genetinių manipuliacijų ir klonavimo metodai ir mechanizmai.)

Gyvulininkystės genų inžinerijos pagrindai

Nors toliau pateikti metodai nėra modifikacijų generavimo metodai per se, jie laikomi moderniais metodais, kurie palaiko bendrą veisimo ir atrankos sistemą norimiems gyvūnų, turinčių norimas savybes, genotipams dauginti.

Embriono atkūrimas ir perkėlimas bei superovuliacija

Embrionų atkūrimas ir perkėlimas leidžia vertingiems gyvūnams į genofondą įtraukti daugiau palikuonių (Seidel, 1984). Embrionai, kurie yra užšaldomi ir laikomi prieš naudojant nėštumui pradėti, per metus sukelia 40 000–50 000 veršelių (NAAB, 2000). Naujos technologijos leis nustatyti spermos ir embrionų lytį, kad būtų galima kontroliuoti palikuonių lytį. Vienos lyties spermatozoidų gamyba, rūšiuojant ląsteles X ir Y spermatozoidus, bus labai naudinga gyvulininkystės pramonei (Johnson, 2000).

Oocitų brendimas ir tręšimas in vitro

Iki kelių tūkstančių embrionų galima pagaminti naudojant nesubrendusių kiaušinėlių arba oocitų atkūrimo ir brandinimo metodus per maždaug vieną dieną terpėje.

kuriuose yra hormonų, o po to apvaisinamas gyvais spermatozoidais arba įšvirkščiamas vienas spermatozoidas arba spermos galvutė į jų išorinius sluoksnius & mdasheither po zona pellucida arba tiesiai į citoplazmą.Gautos zigotos kultivuojamos in vitro, paprastai iki blastocistos stadijos, prieš perkeliant jas patelėms recipientėms (pirmiausia, 1991). Komercinis brendimo in vitro ir apvaisinimo taikymas leido per vienerius metus atsivesti net 4000 veršelių (NAAB, 2000).

Embriono skilimas

Embrionus suskaidžius arba dalijant į dvi dalis, gaunami zigotiniai dvyniai arba ne GE klonai, kurių branduoliniai ir mitochondrijų genai yra genetiškai identiški (Heyman ir kt., 1998). Motinos dvynių fenotipas skiriasi labiau nei tėvo dvynių, turinčių tik vieną X chromosomą. Be to, mitochondrijų DNR pasiskirstymo skirtumai gali turėti įtakos fenotipui.

Tada šie embrionai dedami į tuščią zona pellucida ir perkeliami patelėms recipientėms, kurios išnešioja juos iki termino. Per 2001 m. iš viso 2226 registruoti Holšteino klonai ir mdash754 patinai bei 1472 patelės ir mdash buvo pagaminti iš embrionų suskaidymo, iš 1 iki 2 procentų veršelių (NAAB, 2000).

Genetinė inžinerija

Klonavimas Kaip metodas ir pasekmės numatant ir įvertinant neigiamą poveikį sveikatai, kuris gali būti susijęs su šiuo metodu, yra aptariami komiteto ir rsquos antrinėje ataskaitoje, kuri pateikiama po šios ataskaitos.

Metodai, naudojami naujų genų įvedimui į naminius gyvūnus, išsamiai aptariami ataskaitoje Gyvūnų biotechnologija: mokslu pagrįsti rūpesčiai (NRC, 2002). Šie gyvūnams taikomi transgeniniai metodai yra apibendrinti šiame tekste.

Prieiga prie gyvūnų gemalo linijos

Gimdos linija reiškia ląstelių liniją, kurią galima genetiškai atsekti nuo tėvų iki palikuonių. Prieiti prie gyvūnų gemalo linijos galima vienu iš penkių metodų (NRC, 2002):

tiesiogiai manipuliuoti apvaisintu kiaušinėliu po to, kai jis buvo implantuotas į gimdą

manipuliuoti sperma, kuri gamina zigotą

manipuliuoti ankstyvuoju embriono audiniu

naudojant embrionines kamienines ląstelių linijas ankstyviems embrionams ir

manipuliuoti kultivuotomis somatinėmis ląstelėmis, kad jų branduoliai būtų perkelti į oocitus, kuriuose nėra branduolių.

Transfekcija

Kai kurie metodai, naudojami transfekuoti arba įvesti naujus genus į gyvūnus, yra panašūs į tuos, kurie naudojami augalams. Dažniausiai naudojami metodai apima:

DNR mikroinjekcija į pritvirtintų ląstelių branduolį

elektroporacija, kai DNR įvedama per ląstelės membranos poras impulsiniais elektros krūviais

polikatijoninis ląstelės membranos ir įvedamos DNR neutralizavimas, siekiant pagerinti pasyvųjį įsisavinimą

lipofekcija, kur yra DNR ir

spermatozoidų sukelta transfekcija, dažnai naudojama kartu su intracitoplazmine spermos injekcija arba elektroporacija.

Kaip ir augalų atveju, mikroinjekcija yra labai neveiksminga priemonė sukurti transgeninius gyvūnus. Pavyzdžiui, neįtikėtinai maža dalis gyvulių embrionų, kuriems atliekama mikroinjekcija, duoda transgeninius gyvūnus (Rexroad, 1994). Be to, sėkmingai mikroinjektuoti transgeniniai gyvūnai nebūtinai perduoda savo transgenus savo palikuonims (NRC, 2002).

Retrovirusiniai vektoriai

Šis metodas yra panašus į augaluose naudojamus virusų tiekimo metodus, nes viruso padermės modifikuojamos taip, kad genetinė medžiaga būtų pernešta į ląstelę. Jis skiriasi tuo, kad po naujos DNR pristatymo viruso replikacijos procesas integruoja ją į ląstelės-šeimininkės genomą.

Transpozonai

Perkeliamų elementų naudojimas gyvūnų ląstelėse nebuvo iki galo išvystytas. Nors žinduolių organizme nerasta aktyvių natūraliai perkeliamų elementų, tiriami, ar jie gali būti naudojami gyvūnams.

Knock-In ir Knock-Out technologija

Transgeninė technologija taip pat gali būti naudojama kuriant organizmus, kuriems trūksta specifinių genų arba kurių vienas esamas genas buvo pakeistas kitu, sukurtu inžinerijos būdu. Konkrečių genų funkcijų pridėjimas (&ldquoknock-in&rdquo) arba ištrynimas (&ldquoknock-out&rdquo) per įvestas mutacijas arba homologine rekombinacija pagrįstą genų inžineriją tapo įprastas eksperimentams naudojamiems gyvūnams, pvz., pelėms. Nors šiuo metu ši technologija nėra efektyvi

ir todėl nėra praktiška naudoti naminiams gyvuliams gaminti, yra jo naudojimo naminėms avims ir kiaulėms pavyzdžių. (NRC, 2002).

Pasirinkimas pagal žymeklį

Atranka pagal žymenį apima ryšį tarp pageidaujamo požymio, pavyzdžiui, primilžio, paveldėjimo ir specifinių genetinių žymenų, susietų su tuo požymiu, atskyrimo. Atranka pagal žymenį yra svarbi gyvūnų veisimo ir atrankos strategijose, tiriant sudėtingus daugelio genų valdomus bruožus (Georges, 2001). Tikimasi, kad šio metodo naudojimas eksponentiškai padidės, nes genomo sekos nustatymo projektai nustato daugiau naudingų, atskirtų ekonomiškai svarbių bruožų žymeklių.

Iš pradžių gyvūnai bus tikrinami dėl genų, kontroliuojančių paprastus bruožus, kurie gali būti nepageidaujami, pavyzdžiui, galvijų ragus arba kiaulių metabolinio streso sindromą. Laikui bėgant bus prieinami lengvai atpažįstami žymenys, lydintys kelis genus, kontroliuojančius sudėtingesnius požymius, tokius kaip mėsos švelnumas ir skonis, augimas, palikuonių dydis ir atsparumas ligoms, siekiant pagerinti gyvūnų sveikatą ir produkcijos požymius (Dekkers and Hospital, 2002).

Galima rasti du žymius pavyzdžius apie avis. Vienas iš jų yra Booroola genas, kuriame vieno nukleotido bazės pokytis yra atsakingas už kaliepio raumenų hipertrofijos fenotipą ir yra vienintelis žinomas žinduolių poliarinio per didelio dominavimo pavyzdys (Freking ir kt., 2002). Kitas variantas yra Booroola geno introgresija į Awassi ir Assaf pieninių veislių veisles (Gootwine, 2001).

Žemės ūkiui svarbių gyvūnų genomų sekos nustatymas leis nustatyti genus, turinčius įtakos reprodukciniam efektyvumui. Pavyzdžiui, augimo hormonų receptorių variantas 20 galvijų chromosomoje veikia pieno išeigą ir sudėtį, todėl tikimasi, kad pieno gamyba padidės 200 kg per laktaciją ir sumažins pieno riebalų kiekį nuo 4,4 iki 3,4 procento (Fletcher, 2003).

Netransgeniniai gyvūnų manipuliavimo metodai

Biotechnologijos gali būti naudojamos naminių gyvūnų endokrininei funkcijai pakeisti ir paveikti reprodukciją, laktaciją ir augimą. Pavyzdžiui, kiaulėms ir žiurkėms (Draghia-Akli ir kt., 2002) pagumburiui specifinė augimo hormoną atpalaiduojančio hormono ekspresija nėra būtina, nes negimdinė šio neuropeptido klonuotos DNR ekspresija gali būti genetiškai nulemta sintetinių raumenų. specifinis transkripcijos promotorius, sukeliantis augimo hormono ir į insuliną panašaus augimo faktoriaus-I padidėjimą (Khan ir kt., 2002). Ši biotechnologija, naudojant specifinius hormonus ir augimo faktorius kritiniais vystymosi laikotarpiais, gali padidinti gimdos pajėgumą ir padidinti pieno gamybą.

GENETINĖ MIKROBŲ MODIFIKACIJA

Žmonės šimtmečius naudojo genetiškai modifikuotus (GM) mikrobus maistui gaminti. Vynas, duona ir sūris yra įprasti senovinio maisto pavyzdžiai, vis dar populiarūs ir šiandien, kurie priklauso nuo mikrobų ingredientų ir veiklos. Endogeninės mikrobų populiacijos, ypač bakterijos ir mielės, yra pakankamai genetiškai įvairios, kad būtų pakankamai skirtingų bruožų, kad būtų galima sukurti naudingų mikrobų padermes per paprastą atranką arba sukeltą mutaciją.

Mikroorganizmai vaidina svarbų vaidmenį gaminant maistą. Jie atlieka pirminį ir antrinį vaidmenį maisto fermentacijos ir maisto gedimo procese ir gali gaminti fermentus ar kitus metabolitus, naudojamus maisto gamyboje ir perdirbime. Fermentaciją gali pradėti ir visiškai vykdyti bakterijų populiacijos, kurios yra endogeninės fermentuojamosioms žaliavoms. Tačiau vienodumo ir nuspėjamumo požiūriu patikimiau tyčia įterpti pradines kultūras, kad būtų pradėta fermentacija ir kai kuriais atvejais būtų atliktas visas fermentacijos procesas. Dauguma fermentuotų produktų dabar tokiu būdu ruošiami pramoninėse šalyse.

Maisto fermentaciją vykdančių mikroorganizmų tipai – nuo ​​bakterijų iki pelėsių ir mielių, tačiau plačiausiai naudojami organizmai yra pieno rūgšties bakterijos (LAB) ir mielės.Sacchromyces cerevisiae). Tradiciniai genetinės modifikacijos metodai, kurie buvo naudojami, ypač mikrobų pradinėms kultūroms, apima atranką, mutagenezę, konjugaciją ir protoplastų suliejimą, o paskutinis iš jų yra analogiškas somatinei hibridizacijai augalų sistemose.

Prieš kuriant ir pritaikant molekulinę genetiką LAB, plačiausiai naudojamas genetinės modifikacijos metodas buvo cheminės arba ultravioletinės spinduliuotės sukelta mutagenezė, po kurios sekė pranašesnių savybių turinčių mutantų sodrinimo arba atrankos procesas.

Antrasis tradicinis metodas, konjugacija, remiasi natūraliais genetinių mainų metodais, kai DNR perkeliama iš vienos padermės į kitą. Konjugacija gali vykti tarp LAB padermių, taip pat tarp LAB ir kitų bakterijų (Steenson ir Klaenhammer, 1987). Nors gautos padermės gali būti paženklintos kaip rekombinantinės, tai, kad šis procesas gali vykti natūraliai, neleidžia taikyti GE organizmo ir rsquos klasifikacijos.

Mažiau paplitęs, bet vis dar naudingas metodas buvo naudoti protoplastų suliejimą, siekiant palengvinti dviejų padermių, turinčių geresnes, bet unikalias savybes, rekombinaciją, sukuriant padermę, kuri turi norimas abiejų tėvų savybes. Protoplastų suliejimas buvo klasikinis naudojamas kaip bakterijų kartografavimo metodas ir tik neseniai buvo sėkmingai panaudotas norimų savybių turinčioms LAB padermėms gaminti (Patnaik ir kt., 2002). Tačiau jis jau kurį laiką buvo sėkmingai naudojamas mielių padermėms, kurios gamina daugiau biocheminių substratų, skirtų naudoti fermentacijos procese, generuoti (Pina ir kt., 1986).

Atsižvelgiant į pageidaujamų pradinių kultūrinių organizmų savybių skaičių ir derinius, gamintojai išliko suinteresuoti sukurti patobulintas starterių kultūras.

naudojant iš esmės du skirtingus metodus. Tradicinis metodas buvo nustatyti endogenines padermes, turinčias pageidaujamų savybių, atliekant daugybę nedidelių fermentacijų. Šio tipo bandymų ir klaidų metodas toli gražu nėra praktiškas, nes nors ir produktyvus, mažas pralaidumas yra ribojantis sėkmės rodiklį.

Antrasis būdas yra sukurti norimus požymius laboratorijoje, naudojant molekulinės genetikos ir genų inžinerijos metodus. Augant genomikos sričiai ir viešai prieinamiems šimtams visiškai sekvenuotų bakterijų genomų, šis metodas tapo labai patrauklus ir efektyvus, o pramonė jį mėgsta. Pagrindinis jo privalumas yra tikslumas, kuriuo galima sukurti pradinių kultūrų štamus.

Labiausiai paplitęs metodas, naudojamas rekombinantinei DNR įterpti į mikroorganizmus, yra transformacija, kai dominanti DNR įvedama tiesiai į recipiento ląsteles, padarant jas pralaidžias naudojant cheminius agentus, fermentus arba elektroporaciją. Pirmasis metodas, sukurtas LAB, buvo plazmidės protoplastų suliejimas, kai recipientų ląstelės pašalinamos nuo sienelių ir vėliau suliejamos su polietilenglikoliu, sulaikant naujai įvestą DNR tarp ląstelių (Kondo ir McKay, 1984).

Elektroporacija buvo sukurta LAB devintojo dešimtmečio pabaigoje ir naudoja elektros srovę, kad sukurtų poras ląstelių apvalkale, leidžiančią patekti į DNR iš kitų šaltinių (Luchansky ir kt., 1988). Šis metodas dėl savo paprastumo yra bene plačiausiai naudojamas tyrimams. Tačiau jis nėra veiksmingas daugelyje skirtingų rūšių.

Rekombinantinė DNR taip pat gali būti įvesta į LAB naudojant metodą, vadinamą transdukcija, kurioje bakteriofagas naudojamas DNR perkelti iš vienos padermės į kitą (Bierkland ir Holo, 1993). Skirtingai nuo transformacijos, transdukcija gali būti kupina problemų, kurios sukelia delecijas plazmidėje (vadinamą transdukciniu sutrumpėjimu, kuris paprastai yra neapibrėžto ilgio).

Mikrobų transformacija paprastai yra paprastesnė ir veiksmingesnė nei transformacija aukštesniuose organizmuose ir komercinėms padermėms kurti buvo naudojama ilgiau. Akademiniai tyrimai taip pat galėjo išnagrinėti molekulinį genetinį transformacijos poveikį mikrobuose daug daugiau nei aukštesniuose organizmuose. Mikrobų tyrimų metu surinkti principai padėjo suprasti analogiškus aukštesniųjų organizmų molekulinės genetikos įvykius.

NUORODOS

Bierkland NK, Holo H. 1993. Plazmidės, turinčios vientisą galinę sritį, transdukcija iš Lactococcus lactis bakteriofagas LC3. Appl Environ Microbiol 59:1966&ndash1968.


Senas genetinis augalų biologijos įrankis vis dar turi vertę

Augalų genetikos tyrimų mokslinės priemonės nuolat nyksta, kai vystosi naujesni metodai. Tačiau Misisipės valstijos universiteto mokslininkai išsiaiškino, kad vienas senesnis metodas – fragmentuotų chloroplastų DNR sekų panaudojimas – vis dar tvirtas šiuolaikinių technologijų tarpe.

Chloroplastų paprastų sekų pasikartojimai arba mikrosatelitai (cpSSR) yra trumpi pasikartojantys DNR fragmentai, žymintys konkrečias augalo genomo vietas. cpSSR žymenys naudojami augalų evoliucijai tirti, pvz., augalų veisimui ir hibridizacijai žemės ūkio rūšyse bei saugomų augalų genetinei įvairovei. Jie ypač naudingi skiriant augalų grupes ir sprendžiant jų evoliucinius ryšius.

Gregory Wheeler, docentė Lisa Wallace ir kolegos nustatė, kad augalų tyrimai, kuriuose naudojami cpSSR, auga. Per pastaruosius dešimt metų augalų tyrimų, kuriuose naudojami cpSSR, skaičius padvigubėjo. Nuo 1995 m. cpSSR buvo naudojami laukiniams ir kultūriniams augalams iš 85 skirtingų augalų šeimų tirti – labiausiai paplitęs yra pušų (Pinaceae šeimos) istorija iki paskutinio ledynmečio.

Daugelis augalų tyrimų laboratorijų renkasi naujausius naujos kartos sekos nustatymo metodus, kad rinktų molekulinius genetinius duomenis, nes šie metodai leidžia gauti išsamesnį augalų DNR „pirštų atspaudą“. Tačiau, kaip pažymi Wallace'as, „vis dar yra daug laboratorijų, kurios neturi finansinių ar genominių išteklių, kad būtų įmanomi naujos kartos sekos nustatymo metodai“.

Paskelbta apžvalga, kurioje išsamiai aprašoma cpSSR būklė augalų genetikoje, paskelbta naujausiame numeryje Taikymas augalų moksluose (galima nemokamai peržiūrėti adresu http://www. bioone. org/doi/ pdf/ 10. 3732/ apps. 1400059).

Kadangi cpSSR išlieka populiarus metodas, Wheeleris ir kolegos ištyrė jų riziką ir naudą, kad atskleistų tinkamiausius ir informatyviausius mokslinius klausimus, į kuriuos cpSSR gali atsakyti būsimuose tyrimuose.

Labiausiai paplitusi cpSSR problema, kuriai tirta mažiau nei 33 procentai tyrimų, vadinama dydžio homoplazija. Dydžio homoplazija atsiranda, kai mutacijos DNR atsiranda nepriklausomai, todėl skirtingų augalų DNR klaidingai atrodo panašios dėl evoliucinės kilmės. Dydžio homoplazija gali paskatinti mokslininkus pervertinti augalų giminingumą.

Siekdami iliustruoti dydžio homoplazijos riziką, Wheeleris ir jo kolegos paėmė iš savo duomenų apie augalų gentį. Acmispon, žirnių šeimos narys, randamas visoje Kalifornijoje, JAV. Keturi iš devynių tirtų lokusų parodė dydžio homoplaziją rūšių viduje arba tarp jų. „Buvau nustebęs, kad cpSSR tyrimuose trūksta homoplazijos testų, atsižvelgiant į tai, kaip dažnai mes ją aptikdavome savo duomenų rinkinyje“, – komentuoja Wallace'as.

Būsimiems tyrimams Wallace'as ir kolegos siūlo naudoti cpSSR, kurie buvo sukurti konkrečioms augalų rūšims. Šis metodas gali padėti išvengti dydžio homoplazijos problemų ir atsakyti į klausimus, susijusius su genetine išsaugojimu ir pavienių rūšių kintamumu, pavyzdžiui, tų, kurios yra svarbios ekonomiškai ir ekologiniu požiūriu.

„Per pastarąjį dešimtmetį įvyko didelių perėjimų prie NGS metodų“, - sako Wallace'as, - tačiau mūsų dokumentas rodo, kad cpSSR vis dar yra naudingas žymeklis daugeliui pagrindinių ir taikomųjų augalų mokslų tyrimų grupių. Plečiantis augalų tyrimams skirtų genetinių įrankių skaičiui, Wallace'as pažymi, kad naujų studijų sistemų prieinamumas ir toliau augs, o tai suteiks naujų galimybių naudoti cpSSR augalų biologijoje.

Gregory L. Wheeleris, Hanna E. Dorman, Alenda Buchanan, Lavanya Challagundla ir Lisa E. Wallace. Chloroplastų paprastų sekos pakartojimų paplitimo, naudingumo ir įspėjimų apžvalga augalų biologijos tyrimams. Taikymas augalų moksluose 2(12): 1400059. doi:10.3732/apps.1400059.

Taikymas augalų moksluose (PROGRAMOS) yra mėnesinis, recenzuojamas atviros prieigos žurnalas, kuriame daugiausia dėmesio skiriama naujoms priemonėms, technologijoms ir protokolams visose augalų mokslų srityse. Ją išleido Amerikos botanikos draugija, ne pelno siekianti narystės draugija, kurios misija yra propaguoti botaniką, pagrindinio mokslo sritį, susijusią su augalų formos, funkcijos, vystymosi, įvairovės, dauginimosi, evoliucijos ir panaudojimo tyrimais ir tyrimais. ir jų sąveiką biosferoje. PROGRAMOS yra BioOne atviros prieigos kolekcijos dalis.

Norėdami gauti daugiau informacijos, susisiekite su PROGRAMOS darbuotojai adresu [email protected]

Atsisakymas: AAAS ir EurekAlert! nėra atsakingi už naujienų pranešimų, paskelbtų EurekAlert, tikslumą! prisidedančios institucijos arba už bet kokios informacijos naudojimą per EurekAlert sistemą.


Kaip gauti 6 juostą HSC biologijos 6 modulyje: genetiniai pokyčiai

1 patarimas: atlikite išorinius tyrimus

Kuo daugiau tyrinėsite ir atrasite pavyzdžių, tuo geriau galėsite suprasti genetiką. Genetika yra ne tik procesai, tokie kaip mejozė ir mitozė, ir ne tik tai, kas vyksta ląstelėje.

Jei suprasite, kokią įtaką realiam pasauliui turėjo genetika ir genetinės technologijos, jums bus geriau.

Jei turite omenyje vieną ar du tikrai gerus pavyzdžius, galite geriau paaiškinti save.

Kaip pavyzdį dar kartą naudokime pjautuvinių ląstelių anemiją:

Genetiniu lygmeniu žinome, kad ši anemija yra recesyvinė ir ją sukelia vieno taško mutacija geno, koduojančio hemoglobiną beta – baltymą, pernešantį deguonį raudonuosiuose kraujo kūneliuose.

Ląstelių lygiu žinome, kad vieno taško mutacija sukelia mutavusios hemoglobino beta versijos vertimą. Pridedama aminorūgštis, kuri paprastai nėra įtraukta į šią poziciją. Aminorūgščių pasikeitimas gali sukelti struktūrinius pokyčius, pvz., būdingos abipus įgaubto raudonųjų kraujo kūnelių disko formos išnykimą į „pjautuvo“ formos ląsteles. Dėl šios pjautuvo formos kraujas gali prilipti vienas prie kito ir dažnai gali užsikimšti.

Žinome, kad populiacijos lygiu pjautuvinių ląstelių anemija yra viena iš dažniausiai paveldimų mutacijų ir turi sunkių pasekmių, tokių kaip insultas ir kraujo krešuliai.

Kalbant apie genetinę technologiją, žinome, kad genų redagavimo sistema CRISPR/Cas9 buvo naudojama 2017 m. ir pasiekė įdomių rezultatų. Paciento simptomai buvo pakeisti ilgą laiką, o tai yra kažkas, ko vaistai negalėjo pasiekti tokiu mastu ir kaina.

Šiame pavyzdyje nėra daug informacijos apie genetinių procesų detales, tai yra apie supratimą, kaip genetiniai procesai turi realų poveikį ir poveikį.

Ir jei turite keletą tikrai gerai išplėtotų pavyzdžių, rodančių savo neįtikėtiną genetinių pokyčių supratimą, tuo geriau jums seksis vertinimuose ir egzaminuose!

2 patarimas: atkreipkite dėmesį į vertinimo mokymosi tikslus

Pažvelkime į 12 metų biologijos mėginių vertinimo tvarkaraštį:

Pagal Scenos vertinimo principai 6, vertinimai turėtų:

  • Padėkite geriau išmokti turinį
  • Turėkite aiškius tikslus
  • Skatinti kolegų vertinimą, savęs vertinimą ir grįžtamąjį ryšį formaliai/neformaliai

Puikus būdas gauti gerą pažymį – nepamiršti mokymosi tikslų ir prašyti mokytojų bei bendraamžių atsiliepimų.

Taip pat turėtumėte pagalvoti, ko siekiama vertinime: ar jis tikrina jūsų supratimą? O gal tai tikrina jūsų darbo mokslinius įgūdžius?

Jūs taip pat turėtumėte parodyti savo supratimą ir savo, kaip mokslininko, įgūdžius. Kaip geriausiai tai padaryti atliekant giluminį tyrimą? Apsvarstykite antrinį tyrimą, pvz. plakatas apie vystymosi geną Tarpas. Kaip galėtumėte geriausiai pavaizduoti jo atradimo istoriją ir šių genų reikšmę?

Giluminio tyrimo formato pasirinkimas yra pirmasis žingsnis sprendžiant savo vertinimą. Pasirinkite tinkamą formatą (šiuo atveju paprastai nesirinktumėte pirminio tyrimo) ir pateikite informaciją geriausiu būdu (grafikai? vaizdai?).

Norėdami gauti daugiau informacijos apie tai, kas yra HSC biologijos giluminis tyrimas ir kaip tai padaryti, peržiūrėkite šį straipsnį!


Genetinė inžinerija augalų transgenezei

Surender Khatodia, S.M. Paul Khurana, Omics technologijos ir bioinžinerija, 2018 m

Abstraktus

Augalų genų inžinerija, siekiant sukurti rekombinantinių baltymų gamybos sistemą, kuri gamintų vaistinius ir pramoninius žmogaus vertės junginius, vadinama augalų molekuliniu ūkininkavimu. Augalų naudojimas kaip bioreaktorius rekombinantiniams baltymams gaminti turi keletą privalumų, įskaitant mažas įsikūrimo išlaidas ir augalų bei produktų, paprastai laikomų saugiais, mastelio keitimą. Augaliniai vaistai (PMP) jau yra komerciškai gaminami kai kurioms ligoms, pvz., Gošė ligai, gydyti, o daugelis augalinės kilmės vakcinų yra klinikiniais tyrimais. Taikant augalų genų inžineriją, kuriamos dvi pagrindinės vaistų klasės – Plantibodies ir Valgomosios vakcinos. Šiame skyriuje pabrėžiama augalų, kaip bioreaktoriaus, naudojimo rekombinantinių baltymų gamybai per augalus procedūra, didinant rekombinantinių baltymų kaupimąsi, PMP komercinę būklę ir chloroplastų genomo inžineriją.


Maistas, genetiškai modifikuotas

Šiuos klausimus ir atsakymus parengė PSO, atsakydama į PSO valstybių narių vyriausybių klausimus ir rūpesčius dėl genetiškai modifikuoto maisto pobūdžio ir saugos.

Genetiškai modifikuoti organizmai (GMO) gali būti apibrėžiami kaip organizmai (t. y. augalai, gyvūnai arba mikroorganizmai), kurių genetinė medžiaga (DNR) buvo pakeista taip, kaip natūraliai neatsiranda poruojantis ir (arba) natūraliai rekombinuojant. Ši technologija dažnai vadinama &bdquomodern biotechnology&rdquo arba &ldquogene technology&rdquo, kartais taip pat &ldquorekombinantinės DNR technologija&rdquo arba &ldquogenetical engineering&rdquo. Tai leidžia pasirinkti atskirus genus perkelti iš vieno organizmo į kitą, taip pat tarp nesusijusių rūšių. Maisto produktai, pagaminti iš arba naudojant GM organizmus, dažnai vadinami GM maisto produktais.

GM maisto produktai yra kuriami ir parduodami, nes yra tam tikras pranašumas šių maisto produktų gamintojui arba vartotojui. Tai reiškia, kad produktas turi mažesnę kainą, didesnę naudą (patvarumo ar maistinės vertės atžvilgiu) arba abu. Iš pradžių GM sėklų kūrėjai norėjo, kad jų produktus priimtų gamintojai, ir sutelkė dėmesį į naujoves, kurios atneša tiesioginės naudos ūkininkams (ir apskritai maisto pramonei).

Vienas iš GM organizmų pagrindu sukurtų augalų kūrimo tikslų yra gerinti pasėlių apsaugą. Šiuo metu rinkoje esantys genetiškai modifikuoti augalai daugiausia skirti didesniam pasėlių apsaugos lygiui įvedant atsparumą augalų ligoms, kurias sukelia vabzdžiai ar virusai, arba padidinus toleranciją herbicidams.

Atsparumas vabzdžiams pasiekiamas į maistinį augalą įtraukus bakterijos Bacillus thuringiensis (Bt) toksinų gamybos geną. Šis toksinas šiuo metu naudojamas kaip įprastas insekticidas žemės ūkyje ir yra saugus vartoti žmonėms. Įrodyta, kad GM pasėliams, kurie iš prigimties gamina šį toksiną, tam tikrose situacijose reikia mažesnio insekticidų kiekio, pvz., kur didelis kenkėjų slėgis. Atsparumas virusams pasiekiamas įvedant geną iš tam tikrų virusų, sukeliančių augalų ligas. Atsparumas virusams daro augalus mažiau jautrius tokių virusų sukeliamoms ligoms, todėl pasėlių derlius būna didesnis.

Herbicidų tolerancija pasiekiama įvedant geną iš bakterijos, perteikiančios atsparumą kai kuriems herbicidams. Tais atvejais, kai piktžolių spaudimas yra didelis, naudojant tokius augalus sumažėjo naudojamų herbicidų kiekis.

Paprastai vartotojai mano, kad įprasti maisto produktai (kurie per visą istoriją buvo saugūs) yra saugūs. Kai naujos organizmų veislės, skirtos naudoti maistui, sukuriamos naudojant tradicinius veisimo metodus, kurie egzistavo prieš genų technologijos įdiegimą, kai kurios organizmų savybės gali būti pakeistos teigiamai arba neigiamai. Nacionalinės maisto tarnybos gali būti paragintos išnagrinėti tokių įprastų maisto produktų, gautų iš naujų organizmų rūšių, saugą, tačiau taip yra ne visada.

Priešingai, dauguma nacionalinių valdžios institucijų mano, kad genetiškai modifikuotų maisto produktų atveju būtina atlikti specialų vertinimą. Buvo sukurtos specialios sistemos, skirtos griežtam GM organizmų ir genetiškai modifikuotų maisto produktų įvertinimui, atsižvelgiant į žmonių sveikatą ir aplinką. Panašūs įprastų maisto produktų vertinimai paprastai neatliekami. Vadinasi, šiuo metu šių dviejų maisto produktų grupių vertinimo procesas prieš parduodant į rinką labai skiriasi.

PSO Maisto saugos ir zoonozių departamentas siekia padėti nacionalinėms valdžios institucijoms nustatyti maisto produktus, kuriems turėtų būti taikomas rizikos vertinimas, ir rekomenduoti tinkamus saugos vertinimo metodus. Jei nacionalinės institucijos nuspręstų atlikti GM organizmų saugos vertinimą, PSO rekomenduoja vadovautis Codex Alimentarius gairėmis (žr. atsakymą į 11 klausimą toliau).

Vertinant genetiškai modifikuotų maisto produktų saugą, daugiausia dėmesio skiriama: a) tiesioginiam poveikiui sveikatai (toksiškumui), b) galimybei sukelti alerginę reakciją (alergeniškumą); c) specifiniams komponentams, kurie, kaip manoma, turi maistinių ar toksinių savybių; d) maisto stabilumui. įterptas genas e) mitybos poveikis, susijęs su genetine modifikacija, ir f) bet koks nenumatytas poveikis, galintis atsirasti dėl geno įterpimo.

Nors teorinės diskusijos apėmė daugybę aspektų, trys pagrindiniai diskutuojami klausimai yra galimybė sukelti alerginę reakciją (alergeniškumą), genų perkėlimas ir kryžminimas.

Alergiškumas

Iš esmės nerekomenduojama perkelti genų iš dažniausiai alergizuojančių organizmų į nealergiškus organizmus, nebent galima įrodyti, kad perkelto geno baltyminis produktas nėra alergiškas. Nors maisto produktai, pagaminti naudojant tradicinius veisimo metodus, paprastai nėra tikrinami dėl alergijos, GM maisto produktų tyrimo protokolus įvertino Jungtinių Tautų Maisto ir žemės ūkio organizacija (FAO) ir PSO. Šiuo metu rinkoje esantiems GM maisto produktams alerginio poveikio nenustatyta.

Genų perkėlimas

Genų perkėlimas iš GM maisto į organizmo ląsteles arba virškinamojo trakto bakterijas sukeltų susirūpinimą, jei perkelta genetinė medžiaga neigiamai paveiktų žmonių sveikatą. Tai būtų ypač aktualu, jei būtų perkelti atsparumo antibiotikams genai, naudojami kaip žymenys kuriant GMO. Nors perdavimo tikimybė maža, skatinama naudoti genų perdavimo technologiją, kuri nenaudoja atsparumo antibiotikams genų.

Perėjimas

Genų migracija iš genetiškai modifikuotų augalų į įprastus pasėlius ar susijusias rūšis laukinėje gamtoje (vadinama &bdquooutcrossing&rdquo), taip pat iš įprastų sėklų išvestų pasėlių maišymas su GM augalais gali turėti netiesioginį poveikį maisto saugai ir aprūpinimo maistu saugumui. Buvo pranešta apie atvejus, kai žmonėms vartoti skirtuose produktuose buvo aptikta mažai GM augalų, patvirtintų gyvūnų pašarams arba pramoniniam naudojimui. Kelios šalys priėmė strategijas, skirtas maišymui mažinti, įskaitant aiškų laukų, kuriuose auginami GM augalai ir įprastiniai augalai, atskyrimą.

Rizikos aplinkai vertinimai apima ir atitinkamą GMO, ir galimą priimančią aplinką. Vertinimo procesas apima GMO savybių ir jo poveikio bei stabilumo aplinkoje įvertinimą, kartu su aplinkos, kurioje bus introdukuotas, ekologinėmis savybėmis. Vertinimas taip pat apima nenumatytą poveikį, kuris gali atsirasti dėl naujo geno įterpimo.

Susirūpinimą keliantys klausimai yra šie: GMO gebėjimas pabėgti ir potencialiai įterpti inžinerijos būdu sukurtus genus į laukines populiacijas, geno išlikimas po GMO surinkimo, netikslinių organizmų (pvz., vabzdžių, kurie nėra kenkėjai) jautrumas genui. genų stabilumas, kitų augalų spektro sumažėjimas, įskaitant biologinės įvairovės nykimą ir didesnį cheminių medžiagų naudojimą žemės ūkyje. GM pasėlių aplinkos apsaugos aspektai labai skiriasi priklausomai nuo vietos sąlygų.

Skirtingi GM organizmai apima skirtingus genus, įterptus skirtingais būdais. Tai reiškia, kad atskiri genetiškai modifikuoti maisto produktai ir jų sauga turėtų būti vertinami kiekvienu konkrečiu atveju ir kad negalima pateikti bendrų teiginių apie visų GM maisto produktų saugą.

Šiuo metu tarptautinėje rinkoje parduodamų GM maisto produktų saugos vertinimai buvo atlikti ir tikėtina, kad nekels pavojaus žmonių sveikatai. Be to, šalių, kuriose jie buvo patvirtinti, gyventojai tokius maisto produktus vartojo jokio poveikio žmonių sveikatai. GM maisto produktų saugos užtikrinimo pagrindas turėtų būti nuolatinis saugos vertinimų, pagrįstų Codex Alimentarius principais, taikymas ir, jei reikia, tinkama stebėsena po pateikimo į rinką.

Tai, kaip vyriausybės reguliuoja GM maisto produktus, skiriasi. Kai kuriose šalyse GM maisto produktai dar nėra reglamentuojami. Šalys, kuriose galioja teisės aktai, daugiausia dėmesio skiria rizikos vartotojų sveikatai vertinimui. Šalys, kuriose yra GM maisto produktų reguliavimo nuostatos, paprastai taip pat reglamentuoja GMO apskritai, atsižvelgdamos į pavojų sveikatai ir aplinkai, taip pat į su kontrole ir prekyba susijusius klausimus (pvz., galimus bandymų ir ženklinimo režimus). Atsižvelgiant į diskusijų dėl genetiškai modifikuotų maisto produktų dinamiką, tikėtina, kad teisės aktai ir toliau bus tobulinami.

Šiandien tarptautinėje rinkoje esantys GM augalai buvo sukurti naudojant vieną iš trijų pagrindinių savybių: atsparumą vabzdžių žalai atsparumą virusinėms infekcijoms ir toleranciją tam tikriems herbicidams. Neseniai buvo tiriami ir genetiškai modifikuoti augalai, turintys didesnį maistinių medžiagų kiekį (pvz., sojos pupelės, kuriose yra daug oleino rūgšties).

Codex Alimentarius komisija (Codex) yra jungtinė FAO/PSO tarpvyriausybinė institucija, atsakinga už standartų, praktikos kodeksų, gairių ir rekomendacijų, sudarančių Codex Alimentarius, ty tarptautinį maisto kodeksą, rengimą. Codex sukūrė GM maisto rizikos žmonių sveikatai analizės principus 2003 m.

Šių principų prielaida numato vertinimą prieš pardavimą, atliekamą kiekvienu konkrečiu atveju ir apimantį tiesioginio poveikio (iš įterpto geno) ir nenumatyto poveikio (kuris gali atsirasti dėl naujo geno įterpimo) įvertinimą. taip pat parengė tris gaires:

Kodekso principai neturi privalomo poveikio nacionaliniams teisės aktams, tačiau yra konkrečiai nurodyti Pasaulio prekybos organizacijos susitarime dėl sanitarinių ir fitosanitarinių priemonių taikymo (SPS susitarimas), o PPO narės raginamos suderinti nacionalinius standartus su Codex standartais. . Jei prekybos partneriai turi vienodus ar panašius GM maisto saugos vertinimo mechanizmus, tikimybė, kad vienas produktas bus patvirtintas vienoje šalyje, o atmestas kitoje, sumažėja.

Kartachenos biologinės saugos protokolas, jo Šalims teisiškai privaloma aplinkosaugos sutartis, įsigaliojusi 2003 m., reglamentuoja tarpvalstybinį gyvų modifikuotų organizmų (GMO) judėjimą. GM maisto produktams Protokolas taikomas tik tuo atveju, jei juose yra LMO, galinčių perkelti arba atkartoti genetinę medžiagą. Protokolo kertinis akmuo yra reikalavimas, kad eksportuotojai gautų importuotojų sutikimą prieš pirmą kartą išsiunčiant į aplinką skirtus LMO.

Šiuo metu tarptautinėje rinkoje esantys GM produktai yra praėję nacionalinių institucijų atliktus saugos vertinimus. Šie skirtingi vertinimai paprastai atliekami pagal tuos pačius pagrindinius principus, įskaitant rizikos aplinkai ir žmonių sveikatai vertinimą. Maisto saugos vertinimas paprastai grindžiamas Codex dokumentais.

Nuo tada, kai 1990-ųjų viduryje pirmą kartą buvo pristatytas pagrindinis genetiškai modifikuotas maistas (herbicidams atsparios sojos pupelės), politikai, aktyvistai ir vartotojai, ypač Europoje, nerimauja dėl tokio maisto. Tai susiję su keliais veiksniais. Devintojo dešimtmečio pabaigoje ir dešimtojo dešimtmečio pradžioje dešimtmečius trukusių molekulinių tyrimų rezultatai pasiekė viešumą. Iki tol vartotojai paprastai nelabai žinojo apie šio tyrimo galimybes. Kalbant apie maistą, vartotojai pradėjo domėtis sauga, nes suvokia, kad šiuolaikinės biotechnologijos skatina kurti naujas rūšis.

Vartotojai dažnai klausia: &ldquo, kas man naudinga?&ldquo. Kalbant apie vaistus, daugelis vartotojų lengviau priima biotechnologijas kaip naudingas jų sveikatai (pvz., vakcinas, vaistus, kurių gydymo potencialas yra geresnis arba saugumas didesnis). Pirmųjų į Europos rinką pateiktų GM maisto produktų atveju produktai vartotojams nebuvo akivaizdžios tiesioginės naudos (nežymiai pigesni, nepailgėjo galiojimo laikas, geresnio skonio). Galimybė, kad GM sėklos duotų didesnį derlių iš dirbamo ploto, turėtų lemti mažesnes kainas. Tačiau visuomenės dėmesys buvo sutelktas į rizikos ir naudos lygties rizikos pusę, dažnai neatskiriant galimo GMO poveikio aplinkai ir visuomenės sveikatai.

Vartotojų pasitikėjimas maisto tiekimo sauga Europoje labai sumažėjo dėl daugybės XX a. dešimtojo dešimtmečio antroje pusėje įvykusių su GM maisto produktais nesusijusių su maistu susijusių baimių. Tai taip pat turėjo įtakos diskusijoms apie GM maisto priimtinumą. Vartotojai suabejojo ​​rizikos vertinimų pagrįstumu tiek dėl vartotojų sveikatai, tiek aplinkai, ypač atkreipdami dėmesį į ilgalaikį poveikį. Kitos vartotojų organizacijų aptartos temos buvo alergeniškumas ir atsparumas antimikrobinėms medžiagoms. Vartotojų susirūpinimas paskatino diskusiją dėl pageidautina ženklinti GM maisto produktus, kad vartotojai galėtų rinktis pagrįstai.

GMO išmetimas į aplinką ir prekyba GM maisto produktais sukėlė viešas diskusijas daugelyje pasaulio šalių. Tikėtina, kad šios diskusijos tęsis, tikriausiai atsižvelgiant į platesnį kitų biotechnologijų panaudojimo būdų (pvz., žmonių medicinoje) ir jų pasekmių žmonių visuomenei kontekstą. Nors diskusijos dažniausiai yra labai panašios (išlaidos ir nauda, ​​saugos klausimai), diskusijų rezultatai įvairiose šalyse skiriasi. Dėl tokių klausimų, kaip GM maisto produktų ženklinimas ir atsekamumas, kaip būdas atsižvelgti į vartotojų pageidavimus, iki šiol nėra visuotinio sutarimo. Nepaisant bendro sutarimo šiomis temomis trūkumo, Codex Alimentarius komisija padarė didelę pažangą ir 2011 m. parengė Codex tekstus, susijusius su maisto produktų, pagamintų naudojant šiuolaikines biotechnologijas, ženklinimui, siekdama užtikrinti, kad bet koks Codex narių taikomas ženklinimo metodas būtų suderintas su jau priimtomis Codex nuostatomis.

Priklausomai nuo pasaulio regiono, žmonių požiūris į maistą dažnai skiriasi. Be maistinės vertės, maistas dažnai turi visuomeninę ir istorinę konotaciją, o kai kuriais atvejais gali turėti religinę reikšmę. Technologinis maisto ir maisto gamybos pakeitimas gali sukelti neigiamą vartotojų atsaką, ypač jei nėra patikimo pranešimo apie riziką apie rizikos vertinimo pastangas ir sąnaudų ir naudos vertinimus.

Taip, intelektinės nuosavybės teisės greičiausiai bus diskusijų dėl genetiškai modifikuotų maisto produktų elementas, turintis įtakos ūkininkų teisėms. 2003 m. FAO/PSO ekspertų konsultacijose PSO ir FAO apsvarstė galimas technologinės atskirties ir nesubalansuoto naudos ir rizikos pasiskirstymo tarp išsivysčiusių ir besivystančių šalių problemas, o problema dažnai tampa dar opesnė dėl intelektinės nuosavybės teisių egzistavimo ir patentavimas, suteikiantis pranašumą mokslinės ir technologinės patirties tvirtovėms. Tikėtina, kad tokie svarstymai taip pat turės įtakos diskusijoms dėl GM maisto produktų.

Kai kurios grupės yra susirūpinusios dėl, jų nuomone, nepageidaujamo sėklų rinkų kontrolės lygio, kurį atlieka kelios chemijos įmonės. Tvariam žemės ūkiui ir biologinei įvairovei daugiausia naudos teikia gausus pasėlių pasirinkimas tiek geros pasėlių apsaugos praktikos, tiek visos visuomenės ir maistui priskiriamų vertybių požiūriu. Šios grupės baiminasi, kad dėl chemijos pramonės susidomėjimo sėklų rinkomis ūkininkų naudojamų veislių asortimentas gali būti sumažintas iki genetiškai modifikuotų augalų. Tai turėtų įtakos visuomenės maisto krepšeliui, o ilgainiui – ir pasėlių apsaugai (pavyzdžiui, vystantis atsparumui kenkėjams vabzdžiams ir tam tikrų herbicidų tolerancijai). Naudojant išskirtinai herbicidams atsparius GM augalus, ūkininkas taip pat taptų priklausomas nuo šių cheminių medžiagų. Šios grupės baiminasi dominuojančios chemijos pramonės padėties žemės ūkio plėtros srityje, o tai, jų nuomone, nėra tvari.

Tikėtina, kad būsimi GM organizmai apims augalus, kurių atsparumas augalų ligoms ar sausroms yra geresnis, pasėlius su padidėjusiu maistinių medžiagų kiekiu, žuvų rūšis, kurių augimo charakteristikos pagerėjo. Ne maistui naudojami augalai arba gyvūnai, gaminantys farmaciniu požiūriu svarbius baltymus, pvz., naujas vakcinas.

PSO ėmėsi aktyvaus vaidmens genetiškai modifikuotų maisto produktų srityje, visų pirma dėl dviejų priežasčių:

remdamasi tuo, kad visuomenės sveikatai galėtų būti naudingas biotechnologijų potencialas, pavyzdžiui, padidėjus maistinių medžiagų kiekiui maisto produktuose, sumažėjus alergeniškumui ir veiksmingesnei ir (arba) tvaresnei maisto gamybai,

remiantis būtinybe ištirti galimą neigiamą genetinės modifikacijos būdu pagaminto maisto vartojimo poveikį žmonių sveikatai, siekiant apsaugoti visuomenės sveikatą. Šiuolaikinės technologijos turėtų būti nuodugniai įvertintos, jei norima, kad jos tikrai pagerintų maisto gamybos būdą.

PSO kartu su FAO sušaukė keletą ekspertų konsultacijų dėl genetiškai modifikuotų maisto produktų vertinimo ir teikė technines konsultacijas Codex Alimentarius komisijai, kurios buvo įtrauktos į Codex gaires dėl GM maisto saugos vertinimo. PSO ir toliau skirs deramą dėmesį GM maisto saugai visuomenės sveikatos apsaugos požiūriu, glaudžiai bendradarbiaudama su FAO ir kitomis tarptautinėmis institucijomis.


Genetiškai modifikuoti augalai: maisto saugumo sprendimas?

Roxanna Pignolet, Biochemija ir molekulinė biologija 20'

Autoriaus pastaba: Nuo tada, kai pradėjau dirbti su augalų metabolitais kaip Shih laboratorijos bakalauro tyrėjas, labai vertinu augalų genų inžinerijos galią sprendžiant įvairias problemas. Unikalus pasaulinis ir vis aktualesnis rūpestis yra tai, kaip toliau maitinti augančius pasaulio gyventojus klimato kaitos akivaizdoje. Nusprendžiau parašyti šį dokumentą, kad pateikčiau dabartinių tyrimų, atliekamų siekiant sukurti naujoviškas pasėlių rūšis, kurios išgyvens klimato kaitos akivaizdoje, vaizdą. Kaip šios apžvalgos dalis. Taip pat norėjau atkreipti dėmesį į nuolatinį susirūpinimą dėl GMO saugumo ir poveikio vartotojams bei aplinkai ir ar šios genų inžinerijos strategijos gali turėti teigiamą poveikį aprūpinimo maistu saugumui.

Įvadas

Kadangi pasaulio gyventojų skaičius ir toliau auga, klimato kaita taip pat daro vis didesnį poveikį žemės ūkiui, nes kyla temperatūra ir sustiprėja orų pokyčiai. Populiacijos augimas kelia iššūkį tyrėjams ir ūkininkams ieškoti naujų būdų, kaip padidinti pasėlių derlių be galimybės gauti daugiau žemės ar gėlo vandens. Numatoma, kad iki 2050 m. gyventojų skaičius padidės nuo dabartinių 7,7 mlrd. iki 9 mlrd. (1,2). Tačiau 2000 metais buvo nustatyta, kad apie 70 % turimo gėlo vandens jau buvo panaudota. Tuo tarpu klimato kaita kelia naujų iššūkių pasėlių produktyvumui ir stabilumui. Iki 2050 m. pasaulinė pasėlių paklausa gali padidėti net 110%, o tai pabrėžia naujų, galingų pasėlių gerinimo strategijų poreikį.

Genetiškai modifikuoti augalai žemės ūkyje buvo naudojami nuo dešimtojo dešimtmečio vidurio ir padėjo įveikti rimtus žemės ūkio iššūkius, tokius kaip ligų protrūkiai ir per didelis toksinių insekticidų naudojimas (3). Priešingai nei tradicinis veisimas, genų inžinerija leidžia tiesiogiai perkelti vieną ar kelis dominančius genus iš artimai ar toli giminingų organizmų. Kai kuriais atvejais augalas modifikuojamas tik įjungiant arba išjungiant vieną iš savo genų (4). Šie metodai leidžia greitai ir tiksliai pakeisti tam tikrą bruožą. Nuo pat jų įvedimo atlikus daugybę tyrimų buvo įvertintas jų pavojus sveikatai ir aplinkai, taip pat jų nauda. Šioje apžvalgoje bus aptariamas genetiškai modifikuotų pasėlių poveikis aplinkai ir sveikatai. Be to, pažvelgsiu į tai, kaip šiuo metu genetiškai modifikuoti augalai naudojami siekiant spręsti maisto saugumo problemas klimato kaitos akivaizdoje.

Koks yra genetiškai modifikuotų pasėlių poveikis?

Kadangi genetiškai modifikuoti augalai jau daugelį metų naudojami lauke, galima įvertinti poveikį aplinkai. Labiausiai paplitusios genetiškai modifikuotų pasėlių rūšys yra atsparios vabzdžiams, ypač Bacillus thuringiensis (Bt) atsparūs kukurūzai ir medvilnė. Bt yra dirvožemio bakterija, gaminanti baltymus, kurie yra toksiški tam tikriems vabzdžiams (5). Bt pasėliai buvo modifikuoti, kad būtų gaminami Bt genai, apsaugantys nuo specifinių kenkėjų (3). Šie augalai komerciniais tikslais auginami nuo 1996 m. (2), todėl buvo galima atlikti ilgalaikius aplinkos tyrimus. Dvejus metus trukusiame lauko bandyme dėl transgeninių kukurūzų poveikio dirvožemio faunai Fan ir kt. nustatyta, kad nebuvo jokio poveikio biologinei įvairovei, dirvožemio faunos gausumui ar sudėčiai. Jie palygino mėginius, paimtus įvairiomis sąlygomis iš transgeninių arba netransgeninių kukurūzų kontrolinių mėginių. Tyrėjai nustatė, kad insekticido transgenas neturėjo įtakos dirvožemio ekosistemai, o tokie veiksniai kaip metų laikas, pH, mėginių ėmimo laikas ir šaknų biomasė turėjo reikšmingą poveikį (6). 2003 m. Bt pasėlių apžvalgoje Mendelsohn ir kt. taip pat nustatyta, kad neigiamo poveikio nykstančių vabzdžių, sliekų ar netikslinių vabzdžių rūšims nepastebėta. Tačiau vienas neigiamas dalykas, taikomas visiems insekticidams, yra tas, kad kenkėjai ilgainiui įgis atsparumą. Įrodyta, kad javų veislių inžinerija turi keletą skirtingų atsparumo genų, sulėtino šį procesą (2).

Kita šiuo metu naudojamų genetiškai modifikuotų augalų klasė yra herbicidams atsparūs augalai. Herbicidams atsparūs augalai yra sukurti taip, kad būtų tolerantiški plataus veikimo spektro herbicidams, kurie gali būti naudojami naikinti aplinkines piktžoles. Įrodyta, kad herbicidams atsparių kukurūzų ir sojų pupelių naudojimas sumažino labai toksiškų herbicidų purškimų naudojimą, o ne iš amino rūgščių gaunamą, netoksišką alternatyvą (Roundup), taip pat paskatino mažai įdirbtus ūkininkavimo būdus, kurie buvo koreliuojami. žymiai sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį (2). Atsparumas piktžolėms kelia susirūpinimą dėl herbicidams atsparių pasėlių, ypač kai per daug naudojamas vienas herbicido genas. Kai kuriais atvejais dėl didelio atrankos spaudimo, kurį sukelia per didelis vieno plataus spektro herbicido naudojimas, atsirado atsparios piktžolės. Jei nekontroliuojama, šios atsparios piktžolės gali išplisti ūkiuose ir neigiamai paveikti pasėlių augimą (7). Naujos augalų veislės, atsparios daugeliui herbicidų rūšims, turėtų padėti sušvelninti šią problemą, nes ūkininkai gali keisti kelių tipų herbicidus. Norint išvengti neigiamų herbicidams atsparių pasėlių naudojimo pasekmių, bus svarbu plačiai pritaikyti šias naujas veisles ir nuosekliai taikyti tvaraus herbicidų naudojimo praktiką.

Šių genetiškai modifikuotų augalų auginimas prisidėjo prie bendro purškiamų toksiškų insekticidų ir herbicidų kiekio sumažėjimo. Kaip ir purškiant cheminius pesticidus ir herbicidus, su vabzdžiams arba herbicidams atspariais augalais reikia imtis tinkamų veiksmų, kad būtų atidėtas pažeistų vabzdžių ar piktžolių atsparumas. Šie veiksmai apima herbicidams atsparių pasėlių sodinimą rotaciniu būdu ir piktžolių kontrolės taktikos taikymą su skirtingais veikimo būdais, kad būtų išvengta didelio atrankos spaudimo vienos rūšies atsparumui.

Ilgalaikiai tyrimai, atlikti siekiant išspręsti genetiškai modifikuotų pasėlių biologinės saugos problemas, sutaria, kad jie yra tokie pat saugūs kaip ir natūralūs jų atitikmenys. Genetiškai modifikuoti pasėliai kiekvienu konkrečiu atveju prieš juos įgyvendinant atliekami įvairūs bandymai, o dabar ilgalaikiai duomenys rodo, kad dėl galimų nenumatytų cheminių pasėlių sudėties šalutinio poveikio nebuvo, todėl jie yra tokie pat saugūs kaip ir gauti. iš tradicinio veisimo. Tačiau susirūpinimą kelia naujos kartos genų inžinerija, kuri nukreipta į reguliatorių, o ne į vieną funkcinį geną. Taikymas pagal reguliatorių genus leistų mokslininkams nustatyti augalų atsako į stresą būdus, o augalams pritaikyti keletą pageidaujamų savybių (8). Reikia atlikti papildomus tyrimus, siekiant įvertinti visos gamyklos pokyčius, kuriuos sukelia signalizacijos kaskados žaidėjas.

Nauji požiūriai į pasėlių gerinimą

Nors buvo nustatyta, kad dabartiniai genetiškai modifikuoti augalai daro teigiamą poveikį pasėlių derliui, padidėjimo nepakanka, kad būtų galima neatsilikti nuo prognozuojamo populiacijos augimo. Be to, prognozuojama, kad klimato kaita, be kita ko, sukels stresą pasėliams, pvz., sausrą, kylančią temperatūrą ir oro pokyčius (2). Todėl mokslininkai ieško naujų ir kūrybingų genų inžinerijos metodų, kad sukurtų tvirtus ir derlingus augalus mūsų ateičiai.

Vienas iš pagrindinių genetiškai modifikuotų pasėlių tikslų yra prisitaikymas augti ir duoti kokybišką derlių aukštesnėje temperatūroje. Nakata et al. nagrinėjo krakmolą metabolizuojančio fermento, žinomo kaip amilazės, vaidmenį pakuojant krakmolą į ryžių grūdus. Jų komanda naudojo transgeninius ryžius, modifikuotus reporterio genu, prijungtu prie kiekvieno amilazės geno izotipo. Palyginus augalų, per daug ekspresuojančių kiekvieną veislę, aktyvumą, jie sugebėjo nustatyti specifinius amilazės genus kaip genetinės modifikacijos taikinius. Ryžių variantai su šiomis modifikacijomis išliktų aukštesnės kokybės, su sandariai supakuotu krakmolu, net jei jie būtų auginami neoptimalioje aukštesnėje temperatūroje (9). Kitas tyrimas išbandė anksčiau sukurtos transgeninės ryžių linijos, vadinamos HOSUT, atsakus esant dideliam anglies dioksido (CO2) kiekiui, karščio bangai ir azotu praturtintomis sąlygomis. Jie nustatė, kad transgeninė linija, kuri padidino sacharozės transportavimą, turi didesnį derlių nei kontrolinė linija (Certo), o dėl padidėjusių CO2 sąlygų Certo derlius buvo didesnis, o HOSUT padidėjo tik minimaliai. Jie padarė išvadą, kad minimali HOSUT reakcija į padidėjusį CO2 rodo, kad HOSUT jau yra prisotintas dėl optimizuotų transportavimo galimybių. HOSUT linija jau yra optimizuota anglies perkėlimui, o tai jiems pavyko parodyti padidinus krakmolo kiekį grūduose tik HOSUT. HOSUT taip pat išaugino daugiau derliaus, reaguodama į padidėjusį azoto kiekį, todėl tai yra geras pasirinkimas norint gauti didelį ryžių derlių kintančiomis klimato kaitos sąlygomis (10) HOSUT linija yra puikus pavyzdys, kaip genų inžinerija gali būti naudojama siekiant sustiprinti ir optimizuoti pasėlius abiem atvejais. išgyvena netipinėmis sąlygomis ir duoda pakankamai derliaus, kad atitiktų paklausą.

Kita problema, kurią mokslininkai sprendžia pasitelkdami genų inžineriją, yra sausra. Selvaraj ir kt., sukūrė ir išbandė dvi sausrai atsparias ryžių linijas, sukurtas įvedus Arabidopsis streso atsako geną (galaktinolio sintazę) su kukurūzų promotoriumi. Galaktinolio sintazė gamina galaktinolį – cukrų, kuris veikia kaip osmoprotektantas, neleidžiantis vandeniui išeiti iš ląstelių. Šie galaktinolio sintazės genai buvo įvesti į dvi komerciškai prieinamas ryžių linijas ir išbandyti lauke sausros ir gerai laistymo sąlygomis. Sausromis sąlygomis galaktinolio surinkimas lėmė didesnį grūdų derlių, o gerai laistančiomis sąlygomis reikšmingo derliaus padidėjimo nepastebėta. Galaktinolis yra cukrus, kuris veikia kaip osmoprotektantas, neleidžiantis vandeniui išeiti iš ląstelių. Šių lauko bandymų rezultatai rodo, kad šios ryžių linijos yra paruoštos integruoti į vykdomas veisimo programas (11). Wang ir kt. taip pat sprendė sausros streso, kurį sukelia visuotinis atšilimas vaisiams, pavyzdžiui, obelėms, problemą. Jie transgeniškai išreiškė Fuji obuoliuose randamą akvaporino geną, kuris padidino ekspresiją pomidorų vaisiams augant. Transgeniniai augalai turėjo didesnį toleranciją sausrai, pastebėtas kaip padidėjęs jų stomato jautrumas vandens praradimui, ir didesnis vaisių dydis, palyginti su laukiniu tipu. Šis tyrimas bus tęsiamas su obuoliais, siekiant išauginti augalus su didesniais vaisiais, kai jie gerai laistomi, ir kurie taip pat bus atsparesni sausrai dėl padidėjusio vandens transportavimo efektyvumo (12).

Trečiasis genų inžinerijos sprendimų tikslas yra cirkadiniai ritmai. Cirkadinių ritmų supratimas ir valdymas pasėlių augaluose gali pritaikyti augalus radikaliai skirtingoms aplinkoms. Viena Guru Jambheshwar mokslo ir technologijos universiteto grupė sprendžia šį ryžių iššūkį. Ši grupė išreiškė Arabidopsis transkripcijos faktorių, žinomą kaip Circadian Clock Associated1 (CCA1) pagal Timing Of Cab Expression 1 (TOC1) promotorių, kurie abu yra Arabidopsis cirkadinio laikrodžio mechanizmo dalis. Jie nustatė, kad per didelė CCA1 ekspresija ryžiuose turėjo neigiamų rezultatų, o slopinimas sukėlė teigiamų augalų morfologijos pokyčių. Tyrėjai naudojo RNRi, kuris yra biologinis procesas, kurio metu ląstelė naudoja mažus RNR fragmentus, kad nukreiptų komplementarią mRNR sunaikinimui, taip nutildant koduoto baltymo ekspresiją. Lygindami RNAi konstrukcijas, pagrįstas trimis skirtingomis CCA1 geno dalimis, kad nutildytų genų ekspresiją, jie nustatė, kad RNRi, gauta iš CCA1 geno 3'-galinio galo, turėjo geriausią poveikį augalų morfologijai (13). Šis tyrimas yra svarbus pirmasis žingsnis siekiant išlaisvinti cirkadinio laikrodžio genų panaudojimo galią veisti augalus, geriau prisitaikančius prie besikeičiančios aplinkos.

Viena nauja svarstoma strategija yra CRISPR / Cas9 genomo redagavimo metodas, kuris galėtų būti naudojamas greitai sukurti patobulintas pasėlių veisles be transgenų. CRISPR / Cas9 gali įvesti specifinius augalo genomo pokyčius, neribodamas esamų variacijų. Taikydami šį metodą, mokslininkai galės sukrauti kelis augalo pakeitimus per vieną kartą, todėl palikuonys bus be transgenų. Vienas iš šio metodo pranašumų yra tas, kad jis gali leisti atlikti sudėtingesnius poligenetinių bruožų ar signalizacijos takų pokyčius. Pavyzdžiui, tai gali būti naudinga nustatant sudėtingus augalų atsako į stresą būdus. Šiuo metu šią technologiją riboja anotuotų etaloninių genomo sekų prieinamumas kitiems augalams, išskyrus Arabidopsis. Scheben ir kt. rodo, kad taikant genomika pagrįstą metodą, būtų galima palyginti visos rūšies genomo įvairovę, todėl kopijų skaičiaus skirtumai būtų matomi ir todėl būtų galima redaguoti. Nors autoriai teigia, kad šiuo metodu sukuriami augalai, kurių negalima atskirti nuo tų, kurie buvo sukurti per natūralų veisimąsi ir atsitiktines mutacijas, genetiškai modifikuotų pasėlių draudimai gali būti nukreipti į metodikas, o ne į galutinį rezultatą (14).

Daugelį metų trukusių bandymų ir bandymų metu buvo įrodyta, kad šiuo metu auginami genetiškai modifikuoti augalai yra ne mažiau saugūs tiek aplinkai, tiek žmonių sveikatai, kaip ir natūraliai išvestos veislės. Nors naujos transgeninės linijos turi būti tikrinamos ir išbandomos kiekvienu konkrečiu atveju, dėl bendros šios technologijos naudos ji tampa svarbia priemone, kurios gali prireikti sprendžiant būsimus žemės ūkio iššūkius. Klimato kaita ir populiacijos augimas kelia didelius reikalavimus pasėliams, kad jie išgyventų priešiškesnėje aplinkoje, kartu duotų didesnį derlių. Dabartinės pastangos sutelktos į gyvybiškai svarbias kultūras, tokias kaip ryžiai, kukurūzai, kviečiai ir vaisiai, kad būtų sukurti sausrai, karščiui atsparūs ir optimalų derlių augalai.


Žiūrėti video įrašą: Kambarinių žydinčių gėlių persodinimas. Augink lengviau! (Sausis 2023).