Adobe Systems
Mgr. Kateřina Dadáková, Ph.D.
1
Rostlinné biotechnologie

Adobe Systems
2
Biotechnologie
Moderní rostlinné biotechnologie zahrnují především rostlinné tkáňové kultury a genové inženýrství.
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-381466-1.00009-2

Adobe Systems
3
Rostlinné explantáty
̶Ne příliš malý kus mladé zdravé tkáně odebrané ideálně na jaře
̶Výběr vhodného explantátu
̶Pro množení postranní pupen
̶Pro přípravu kalusové kultury nejčastěji děložní lístek nebo hypokotyl
̶Pro izolaci protoplastů list
̶
ISBN-13: 978-0124159204

Adobe Systems
4
Kalusové kultury
̶V místě poranění tvoří rostlina hojivé pletivo (kalus)
̶První úspěšně kultivovaná byla nediferencovaná meristematická tkáň
̶Po objevu hormonů i (částečně) diferencované kalusové kultury
̶
Obsah obrázku text Popis byl vytvořen automaticky
http://www.plantphysiol.org/cgi/doi/10.1104/pp.104.900160

Adobe Systems
5
Buněčné suspenzní kultury
̶Vznikají rozsuspendováním kousků kalusu v živném médiu
̶Média obsahují zdroj uhlíku, dusičnany a amonné ionty, další soli obsahující všechny potřebné
prvky, vitaminy a hormony
̶Nejčastější média: Murashige and Skoog, Gamborg, Nitsch and Nitsch

Adobe Systems
6
Využití rostlinných tkáňových kultur v primárním výzkumu
̶Studium primárního i sekundárního metabolismu
̶Izolace organel
̶Studium morfogeneze, organogeneze a embryogeneze
̶Studium interakcí rostlin a mikrobů
̶
https://doi.org/10.1105/tpc.113.116053

Adobe Systems
7
Využití rostlinných tkáňových kultur pro mikropropagaci
̶Množení in vitro
̶Nejrozšířenější komerční  aplikace
̶Zkrácení cyklu, vysoký množitelský koeficient, možnost načasování, dobrý zdravotní stav
̶Nutnost aklimatizace
̶

Adobe Systems
8
Využití rostlinných tkáňových kultur pro skladování a převoz
̶Příprava rostlinného materiálu neobsahujícího mikroorganismy (především viry)
̶Skladování
̶Převoz přes hranice
Retno Mastuti: Plant Physiology

Adobe Systems
9
Využití rostlinných tkáňových kultur pro tvorbu produktů
̶Rostlinné sekundární metabolity s využitím ve farmacii nebo průmyslu
̶Komerčně ve velkoobjemových reaktorech
̶Využití vysoce výnosných kmenů/mutantů nebo stimulace
DOI: 10.3109/07388551.2014.923986

Adobe Systems
10
Selekce s využitím markerů
̶Místo sledování fenotypu sledujeme při šlechtění přímo požadované geny nebo obecně sekvence
spojené s daným znakem (markery)
̶Vhodné pro fenotypové znaky kódované malým počtem genů (rezistence k patogenům)
http://www.knowledgebank.irri.org/
http://www.knowledgebank.irri.org/ricebreedingcourse/image106.gif

Adobe Systems
11
Využití rostlinných tkáňových kultur pro genetickou modifikaci rostlin
̶Genetické transformace buněk, tkání a orgánů
̶Produkce cisgenních a transgenních rostlin (mezidruhových a mezirodových hybridů)
̶
̶

Adobe Systems
12
Genetické modifikace rostlin

Adobe Systems
13
Genetické modifikace rostlin
̶Rekombinantní DNA (z více zdrojových organismů)
̶Bakteriální geny kódující proteiny rezistence (insekticidní proteiny, chaperony, enzymy
degradující herbicidy) vložené do DNA plodin
̶Využití RNA interference expresí fragmentů viru hostitelskou rostlinou
Obsah obrázku mapa Popis byl vytvořen automaticky

Adobe Systems
14
Technologické přístupy
̶Tzv. gene gun (DNA navázaná na částice kovu)
̶Transformace pomocí agrobakterií (přirozeně schopné přenášet genetický materiál)
̶CRISPR/Cas (využití bakteriálního antivirového systému)

Adobe Systems
15
Gene gun
̶Izolace požadovaného genu ze zdrojového organismu, sestavení funkčního konstruktu (promotor, gen,
markerové geny atp.)
̶Inkorporace konstruktu do vhodného plazmidu
̶Pokrytí kovových (zlato, wolfram) částic plazmidem
Obsah obrázku osoba, interiér, ruka, rostlina Popis byl vytvořen automaticky

Adobe Systems
16
Gene gun
̶Částice urychlené stlačeným vzduchem pronikají buněčnou stěnou i plasmatickou membránou buněk
(obvykle kalus)
̶Náhodná inkorporace transgenu do chromosomové nebo plastidové DNA u některých buněk
̶Selekce transformovaných buněk, regenerace rostlin
https://istudy.pk

Adobe Systems
17
Transformace pomocí agrobakterií
̶Agrobacterium tumefaciens je fytopatogenní bakterie (nádorová onemocnění)
̶Ti plazmid obsahuje T-DNA, schopnou začlenit se do genomu rostlin
̶

Adobe Systems
18
Transformace pomocí agrobakterií
̶Umělé Ti plazmidy s požadovaným genem a markerovými geny jsou namnoženy v E. coli a vloženy do A.
tumefaciens
̶Tzv. helper vector kóduje proteiny, které umožní přenos T-DNA
̶Infekce rostlinných buněk, selekce, regenerace
̶
https://www.open.edu/

Adobe Systems
19
Editace genomu
̶Využívá nukleasy specifické pro určité sekvence (např. CRISPR/Cas9)
̶Změna konkrétního lokusu DNA – knockout konkrétního genu nebo začlenění transgenu
̶První plodiny s editovaným genomem se objevují na trhu v USA a v Kanadě (řepka, sója)
https://www.nap.edu

Adobe Systems
20
CRISPR/Cas
̶CRISPR/Cas nejméně komplikovaná (stejná nukleasa pro editaci různých sekvencí)
̶Výběr genu a návrh gRNA
̶Klonování gRNA do vhodného vektoru (obsahuje i sekvenci pro Cas9)
̶Vložení do cílové rostliny a selekce
̶
̶
https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00985
Obsah obrázku text Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku text Popis byl vytvořen automaticky

Adobe Systems
21
CRISPR/Cas
https://www.nap.edu
Tomáš Moravec
 |  2. 10. 2017  |  Vesmír 96, 576, 2017/10

Adobe Systems
22
Přínosy rostlinných biotechnologií
̶Zvýšení produkce plodin
̶Omezení použití pesticidů a umělých hnojiv
̶Zvýšení výživové hodnoty potravin (vitaminy, minerály)
̶Podpora ekonomiky chudých zemí
Obsah obrázku tráva, rostlina, exteriér, zelená Popis byl vytvořen automaticky

Adobe Systems
23
Rizika rostlinných biotechnologií
̶Ztráta biodiverzity (preference monokulturního pěstování vysoce výnosných odrůd, migrace genů
opylením příbuzných druhů)
̶Rozšíření geneticky zvýhodněných invazivních druhů
̶Zdravotní riziko (alergeny)

Adobe Systems
Další možnosti rostlinných biotechnologií...
̶https://www.ted.com/talks/joanne_chory_how_supercharged_plants_could_slow_climate_change?utm_campa
ign=tedspread&utm_medium=referral&utm_source=tedcomshare
̶