Rośliny transgeniczne

Transkrypt

1 Rośliny transgeniczne 1 Na poniższym rysunku przedstawiono sposób uzyskiwania nowych odmian roślin metodą tradycyjną i metodą nowoczesnej biotechnologii. Po analizie rysunku wykonaj polecenie. Tradycyjna hodowla roślin pożądany gen x wiele nowych genów roślina dawca genu handlowa odmiana rośliny nowa odmiana rośliny Biotechnologia roślin pożądany gen pożądany gen + jeden nowy gen roślina dawca genu handlowa odmiana rośliny ulepszonaodmiana rośliny hodowlanej Źródło: (data dostępu: ) Określ, które zdanie jest prawdziwe (P), a które fałszywe (F). W tradycyjnym podejściu uzyskiwanie nowych odmian roślin polega na krzyżowaniu ze sobą wybranych roślin.... Nowoczesna biotechnologia pozwala na wprowadzenie do wybranej rośliny jednego wyselekcjonowanego genu.... Przy uzyskiwaniu roślin metodą tradycyjną zostaje wprowadzony tylko jeden wybrany gen.... Roślina uzyskana metodą biotechnologii nowoczesnej zawiera wiele obcych genów, w tym ten oczekiwany.... 8

2 2 Poniższe dane przedstawiają prognozy przyrostu populacji oraz prognozy ilości ziemi uprawnej przypadającej na głowę mieszkańca do 2050 roku. Wyjaśnij, jaką rolę może odegrać biotechnologia w kontekście tych danych Źródło: The Monaco Summits Agro and Ford Industry Forum, , Monte Carlo. 3 Uzupełnij tabelę dotyczącą charakterystyki roślin GM. Cecha Znaczenie rolnicze Przykład Odporność na herbicydy Odporność na wirusy Odporność na owady Jakość plonu 4 Przeczytaj tekst i wykonaj polecenia. Co roku do krajów UE jest transportowane około 4 milionów ton bananów. Niestety, plantacjom bananowców zagrażają szybko rozprzestrzeniające się grzyby pasożytnicze, a hodowcy jak na razie nie znaleźli odmian odpornych na te grzyby. Monokultury, takie jak plantacje bananowców, stwarzają idealne warunki do rozwoju szkodników i chorób. Od 30 lat bananowcom zagraża choroba zwana Czarną Sigatoką. Dotychczas jedynym środkiem zaradczym było spryskiwanie plantacji dużą dawką fungicydów, nawet 50 razy w ciągu roku, co jest niebezpieczne nie tylko dla środowiska, ale także dla zdrowia pracowników takiej plantacji. Czarna Sigatoka zagraża wszystkim odmianom bananowców. Inną przyczyną problemów bananowców jest także sposób ich zapylania. Hodowlane odmiany bananowców są partenokarpiczne, co oznacza, że mogą wytwarzać owoce bez zapylania. W związku z tym pula genetyczna bananowców nie zmienia się przez pokolenia. To powoduje także, że próby wprowadzania odporności na 9

3 grzyba tradycyjnymi metodami hodowlanymi nie przynoszą rezultatu. Hodowcy bananowców upatrują nadziei w inżynierii genetycznej, która może pomóc uodpornić bananowce na Czarną Sigatokę. Naukowcy pracują obecnie nad zsekwencjonowaniem genomu bananowca. Poszukują przy tym genów odporności na choroby grzybicze, które można by wprowadzić do genomu hodowlanych odmian bananowców. Sukcesem zakończyły się eksperymenty wprowadzenia do materiału genetycznego bananowca genów oporności z cebuli i dalii. Uzyskane w ten sposób rośliny były odporne na grzyba w warunkach szklarniowych. Jednak przed wprowadzeniem tych roślin do upraw polowych konieczne jest przeprowadzenie na szeroką skalę badań toksykologicznych i środowiskowych. Wprowadzenie do upraw bananowców z genem odporności na Czarną Sigatokę przyczyniłoby się do lepszej ochrony tych roślin w krajach tropikalnych, a także spowodowałoby zaniechanie stosowania dużych ilości fungicydów. Źródło: using_genetic_engineering_against_fungal_disease.html (data dostępu: ). a) Które z podanych niżej argumentów stanowią przyczynę rozprzestrzeniania się Czarnej Sigatoki na plantacjach bananowców? Zakreśl właściwe stwierdzenia. 1. stosowanie niewłaściwych środków ochrony roślin 2. wieloletnie uprawianie na tym samym obszarze tego samego gatunku 3. większe zapotrzebowanie na banany niż możliwości ich uzyskania 4. sposób rozmnażania hodowlanych odmian banana 5. modyfikacje genetyczne grzyba powodującego Czarną Sigatokę b) Wyjaśnij, w jaki sposób naukowcy uodpornili banany na grzyba wywołującego Czarną Sigatokę.. c) Ze względu na areał upraw wprowadzenie genu warunkującego odporność na grzyba powodującego Czarną Sigatokę przyniosłoby skutki nie tylko gospodarcze, ale także zdrowotne i ekonomiczne. Wyjaśnij, jakie znaczenie miałaby modyfikacja genetyczna bananowca w tych trzech obszarach. Uzupełnij poniższą tabelę. Modyfikacja genetyczna bananowca w celu uodpornienia na Czarną Sigatokę Znacznie gospodarcze Znaczenie zdrowotne Znaczenie ekonomiczne 10

4 5 Na rycinie przedstawiono zasadę uzyskiwania jadalnych szczepionek Przyporządkuj poszczególnym etapom procesu ukazanego na schemacie odpowiadające im numery.... Transformacja komórek roślinnych bakterią zawierającą zmodyfikowany plazmid... Uzyskanie owoców zawierających antygen... Włączenie DNA kodującego antygen patogenu do plazmidu Agrobacterium... Karmienie jadalną częścią rośliny i immunizacja organizmu... Namnożenie komórek i regeneracja rośliny 11

5 6 Narysuj schemat procesu uzyskiwania roślin transgenicznych. 7 Przeczytaj tekst i wykonaj polecenia. Polscy naukowcy w 2011 roku zakończyli sekwencjonowanie genomu jądrowego ogórka północnoeuropejskiego, którego wielkość wynosi 367 milionów par nukleotydów. W jego skład wchodzi ok. 29,9 tys. genów. Genom ten porównano z zsekwencjonowanym przez naukowców z Chin genomem ogórka chińskiego. Okazało się, że między DNA obu roślin zachodzi wiele różnic w składzie genów biorących udział w procesach o znaczeniu przystosowawczym, takich jak: fotosynteza, metabolizm cukrów, oddychanie, regulacja ekspresji genów, wiązanie jonów amonowych, odporność na stres oksydacyjny czy odporność na wysoką temperaturę. Różnice te wynikają z innych cech klimatu, w których hodowane były ogórki. Klimat umiarkowany Europy północnej w porównaniu z klimatem subtropikalnym południowo-wschodnich Chin jest chłodniejszy, promieniowanie słoneczne jest tu mniej intensywne. Z kolei w klimacie południowo-wschodnich Chin występuje wysoka sezonowa intensywność promieniowania słonecznego w tym UV-B oraz wysoka temperatura. W badaniach skupiono się także na promoto- 12

6 rach genów. Promotor to część genu, która reguluje jego pracę i pozwala na włączanie czy też wyłączanie uśpionych funkcji genu. Naukowcy porównali wszystkie promotory genów ogórka z Europy i z Chin. Okazało się, że procesy adaptacyjne mogą odbywać się poprzez zmianę w promotorach genów pewnych krótkich sekwencji określanych jako elementy CRE. Elementy te, lub ich zestawy, w odpowiedzi na bodziec (np. niską temperaturę), powodują zmianę stanu genu, np. uaktywniają go lub blokują jego działanie. Tak więc manipulacje w zestawach elementów CRE w promotorach będą decydowały o sposobie działania genów w zależności od bodźca. Źródło: (data dostępu: ). a) Czym są spowodowane różnice w składzie i ekspresji genów ogórka północnoeuropejskiego i chińskiego? b) W którym przypadku (ogórek północnoeuropejski czy chiński) bardziej aktywne będą geny warunkujące odporność na wysoką temperaturę? Odpowiedź uzasadnij. c) Wyobraź sobie, że jesteś biologiem molekularnym i masz wszelkie niezbędne dane i narzędzia do przeprowadzania manipulacji genetycznych (np. uzyskiwania mutantów). Posługując się informacjami w tekście, zaproponuj, w jaki sposób zbadać wpływ niskiej temperatury na wzrost i rozwój ogórka. d) Jakie znaczenie ma znajomość kompletnej informacji genetycznej ogórka? Odpowiedź uzasadnij. 8 Rośliną o największym jak dotąd genomie jest Paris japonica. Jak się okazało, jej długość wynosi ok. 150 mld par zasad, co stanowi rekord. Roślina ta cechuje się bardzo wolnym wzrostem. Wytłumacz, jaki zachodzi związek między tak dużym genom a powolnym wzrostem Paris japonica. 13

7 9 W poniższej tabeli zaprezentowano wielkość genomów oraz ilość genów wybranych organizmów. Przedstaw poniższe dane w postaci jednego wykresu, gdzie słupki będą odpowiadać wartościom dotyczącym wielkości genomów, natomiast linia będzie wskazywać wartości dotyczące liczby genów. Organizm Nazwa Wielkość genomu [Mb] Liczba genów Mycoplasma genitalium 0, Escherichia coli pałeczka okrężnicy 4, Saccharomyces cerevisiae drożdże piekarnicze 13, Drosophila melanogaster muszka owocowa Caenorhabditis elegans nicień Arabidopsis thaliana rzodkiewnik pospolity Homo sapiens człowiek

8 10 Podaj po dwa przykłady roślin transgenicznych, których modyfikacje wykonuje się w celu: poprawy jakości plonów polepszenia walorów smakowych uodpornienia roślin na patogeny i szkodniki produkcji biofarmaceutyków Zwierzęta transgeniczne 1 Na poniższym schemacie przedstawiono jeden ze sposobów uzyskiwania zwierząt transgenicznych a) Podpisz na rysunku następujące etapy: rozwój zarodkowy, pobranie zygot, mikroiniekcja zrekombinowanego DNA, połączenie się przedjądrzy, zygota zawierająca zrekombinowany DNA, transgeniczne potomstwo, wszczepienie blastuli biorcy 15