Biotechnologie Rostlinné biotechnologie – ochrana rostlin

Prezentace na téma: "Biotechnologie Rostlinné biotechnologie – ochrana rostlin"— Transkript prezentace:

1 Biotechnologie Rostlinné biotechnologie – ochrana rostlin
Marek Petřivalský Katedra biochemie PřF UP

2 Rostlinné biotechnologie

3 Ztráty rostlinné produkce
40% podíl plevel - škůdci - pathogeny

4 Herbicidy - cílové metabolické dráhy
Glyphosate - aromatické AA Fosfinotricin - asimilace dusíku Chlorsupfuron - větvené AA Imazatapir - větvené AA Atrazine - fotosyntéza

5 Resistence - herbicidy
Glyphosate (RoundupTM) - kompetitivní inhibice EPSPS (5-enoylpyruvylšikimát-3-fosfátsyntasa) Šikimát-3-fosfát Fosfoenolpyruvát Glyfosát Anorganický fosfát 5-enolpyruvylšikimát-3-fosfát inhibice EPSPS

6 Resistence - herbicidy
Šikimát-3-fosfát Šikimát DAHP Erytrosa-4-fosfát Fosfoenolpyruvát EPSP Chorismát Antranilát Prefenát Agrogenát Tryptofan Tyrosin Fenylalanin Glyfosát EPSP synthasa Glyphosate inhibice biosyntetické dráhy aromatických AK přeměna šikimát-3-fosfátu na 5-enoylpyruvát-3-šikimátfosfát (EPSP)

7 Resistence - herbicidy
1 gen/chromozom Strategie resistence na glyfosát 1. možnost AMPLIFIKACE GENU zvýšená exprese genu pro EPSPS nestabilní linie: změny v počtu kopií v dceřiných buňkách extrachromozomální ? stabilní linie: genotyp je konstantní v dceřiných buňkách ? amplifikovaný region

8 Resistence - herbicidy
Strategie resistence na glyfosát 2. možnost MUTACE GENU PRO EPSPS izolován z bakterií resistentních na herbicid 3´nos CaMV 35S Pet CTP Petunia EPSP syntasa cDNA CaMV E35S CTP 4 A. tumefaciens CP4 mutant EPSPS E. coli mutant EPSPS Pet N

9 Resistence - herbicidy
Strategie resistence na glyfosát 3. možnost Detoxifikace herbicidu heterolognímy geny enzym glyfosátoxidasa (GOX) z půdní baktérie Ochrobactrum anthropi použity u sóji, řepky, kukuřice, bavlny (Montsanto) „Roundup Ready“ Výhoda odstranění akumulace herbicidu v rostlině příp. jeho přeměna na neškodný konjugát

10 Resistence - herbicidy
Bialafos Fosfinotricin (glufosinát) N-acetylfosfinotricin L-glutamát L-glutamin peptidasa PAT GS Kompetitivní inhibice Detoxifikace Exprese genu pro PAT ze Streptomyces Fosfinotricin (glufosinát) Bialophos - „Herbiace“ Fosfotricin - „Basta“

11 Resistence - herbicidy
Atrazin Glutathion (GSH) Glutathion-konjugovaný atrazin Detoxifikační systém rostlin cyt P450, GST GST

12 Odolnost proti škůdcům
„Škůdci“ rostlinné produkce ztráta obranných mechanismů u kulturních rostlin nevhodné zemědělské postupy

13 Odolnost proti škůdcům
Hlavní „škůdci“ - hmyz dospělí jedinci na plodech larvy na rostlinách Lepidoptera (motýli, můry) Diptera (mouchy, komáři) Orthoptera (kobylky) Homoptera (mšice) Coleoptera (brouci)

14 Odolnost proti škůdcům
Bacillus thuringiensis Gram-positivní sporulující baktérie objeven 1901 ve střevech housenky bource morušového ICP = insekticidní proteiny (-endotoxiny) „cry“ geny (crystal protein genes) liší se podle poddruhů a kmenů bacila specifická interakce se střevním epitelem larev vysoce afinitní receptory

15 Odolnost proti škůdcům
„Cry“ proteiny - aktivace ve střevě hmyzu Zkrácená forma toxinu v transgenních rostlinách Aminokyselinové zbytky Aktivovaný toxin

16 Odolnost proti škůdcům
Doména I Doména II Doména III Model Cry1A - aktivovaný toxin

17 Odolnost proti škůdcům
Bt- toxin v akci HOUSENKA Krystal + spora B) Rozpouštění krystalů a aktivace toxin C) Toxiny se vážou k receptorům v žaludku, perforace žaludeční membrány D) Klíčení spor a množení bakterií aktivovaný toxin pro-toxin

18 Odolnost proti škůdcům
Bt-toxin jako biopesticid (od 50. let 20. století) izolované krystaly životnost cca několik dní spory bakterií efektivní 40 dní na listech / až 2 roky v půdě nesystémová resistence

19 Odolnost proti škůdcům
Bt-genetické modifikace rostlin exprese cry genů s promotorem CaMV 35S dostatečné exprese cca 100 ng/mg proteinu až po modifikaci prokaryontní sekvence Montsanto Cry3A brambory x mandelinka Cry1Ac bavlník x tabákové housenky Cry1Ab kukuřice x zavíječ

20 Odolnost proti škůdcům Běžná odrůda Bt- kukuřice