Mutacje Genowe (Punktowe) Chromosomowe substytucje: delecja insercja strukturalne liczbowe (genomowe) tranzycja delecja deficjencja transwersja duplikacja translokacja inwersja
Mutacje chromosomowe strukturalne - aberracje chromosomowe BIOLOGICZNY BIOLZNY BIOLOGI Normalny chromosom Delecja Delecja - deficjencja BIOLOOLOGICZNY Duplikacja BIOLONY GICZKONKURS Translokacja BIOCIGOLZNY Inwersja
POLIPLOIDY EUPLOIDY diploidy, triploidy, tetraploidy itd. ANEUPLOIDY trisomiki, tetrasomiki nullisomiki itd. Autopoliploidy Allopoliploidy
Autopoliploidy Zwielokrotniona w stosunku do normalnej liczba chromosomów pochodzi z tego samego gatunku (często z tego samego osobnika). Może to być efektem: błędów w podziale mitotycznym lub produkcji gamet o nie zredukowanej liczbie chromosomów (wskutek błędów w drugim podziale mejotycznym). Autoploidy są zwykle bezpłodne. Tworzą tzw. multiwalenty trzy lub więcej połączone chromosomy, co jest przyczyną nierównego podziału redukcyjnego, w wyniku którego powstają gamety nie posiadające kompletnego zestawu chromosomowego.
Allopoliploidy Pochodzenie mieszańcowe z połączenia gamet spokrewnionych gatunków. Zestawy chromosomów mogą tak się różnić, że w mejozie nie dochodzi do tworzenia biwalentów. Niemożliwe jest więc wspólne przechodzenie do przeciwległych biegunów komórki w pierwszym podziale mejotycznym (segregacja przypadkowa w wyniku której powstają gamety z nierówną liczbą kopi chromosomów, to z koolei prowadzi do powstawania martwych zygot). W mitozie nieprawidłowy podział jąder potomnych może podwoić liczbę chromosomów (allotetraploid), każdy z nich może się łączyć z własną kopią.
Znaczenie poliploidów: Rośliny - zazwyczaj korzystne np. mutanty pszenicy, kukurydzy, buraków dają wyższe plony ponieważ: Poliploidalność prowadzi do zwiększenia objętości komórek, wykazano jednak, że nie wszystkie organy powiększają się jednakowo; zmiany te określono jako gigantyzm organów; poliploidy mają zwykle mniej szparek oddechowych na powierzchni liścia, stąd mniej intensywna transpiracja dlatego są bardziej odporne na suszę; najbardziej korzystne są tetraploidy (4n) u form z wyższą liczbą chromosomów zachodzę nieprawidłowości w wykształcaniu się organów U zwierząt mają zazwyczaj charakter letalny lub subletalny.
2n=2x=8 2n=2x-1 2n=2x-1-1 2n=2x+1 2n=2x+1+1 monosomik dimonosomik trisomik ditrisomik
2n=2x+2 2n=2x+2+2 2n=2x-2 2n=2x-1+1+2 tetrasomik ditetrasomik nullisomik monotritetrasomik
Podział haploidów wg. Kimber i Riley (1962) HAPLOIDY EUHAPLOIDY ANEUHAPLOIDY MONOPLOIDY POLIHAPLOIDY ALLOPOLIHAPLOIDY AUTOPOLIHAPLOIDY disomiczne nullisomiczne addycyjne substytucyjne nieregularne
Inżynieria genetyczna to zespół technik umożliwiających swobodne przenoszenie genów z dowolnego organizmu do każdego innego.
czyli Określony organizm ma wytwarzać polipeptyd, który jest w naturze produkowany przez inny organizm.
Organizm modyfikowany genetycznie (GMO) organizm inny niż organizm człowieka, w którym materiał genetyczny został zmieniony w sposób niezachodzący w warunkach naturalnych wskutek krzyżowania lub naturalnej rekombinacji. Ustawa z dnia 22 czerwca 2001 r. o ORGANIZMACH GENETYCZNIE ZMODYFIKOWANYCH (Dziennik Ustaw z dnia 25 lipca 2001 r. Nr 76, poz. 811)
Zastosowanie inżynierii genetycznej w hodowli roślin uprawnych Wprowadzenie do genomu roślin uprawnych genów odporności na herbicydy, insekty, wirusy i grzyby, a następnie wyprowadzenie z nich odpornych linii użytkowych Wprowadzenie do genomu roślin uprawnych genów zwiększających ich tolerancję na stres i niekorzystne warunki środowiska, np. zasolenie, jony metali ciężkich, niskie temperatury, susza
Zastosowanie inżynierii genetycznej w hodowli roślin uprawnych Zwiększenie wartości żywieniowych i technologicznych roślin uprawnych Obniżenie energochłonności produkcji roślinnej dzięki rozszerzeniu biologicznego wiązania azotu atmosferycznego przez rośliny uprawne i tym samym zmniejszenie zależności plonowania od nawożenia mineralnego
Schemat postępowania: Identyfikacja genu kodującego interesujący nas polipeptyd Przeniesienie zidentyfikowanego genu z organizmu, w którym występuje naturalnie, do organizmu, w którym chcemy go umieścić (transformacja)
Metody wprowadzania obcego DNA do roślin 1. Transformacja bezpośrednia: o Transformacja protoplastów o Mikrowstrzeliwanie o Mikroinjekcja? o Metoda węglikowa? 2. Transformacja pośrednia (wektorowa)
Transformacja protoplastów (Lurquin, Kado 1977; Draper 1982; Krens i in. 1982; Paszkowski, Potrykus 1989; Paszkowski i in. 1984; Potrykus i in. 1985; Fromm i in. 1985; Hain i in. 1985) 10000 V/cm PEG Aut. J.A. Przyborowski
Mikrowstrzeliwanie (Sanford i in. 1987; Klein 1990) Przewód doprowadzający i przyspieszający gaz Przepona Transformowana tkanka Makronośnik Mikronośniki pokryte DNA Aparat do mikrowstrzeliwania PDS-1000/He (Rakoczy- Trojanowska, 2001) Schemat działania aparatu do mikrowstrzeliwania (aut. J.A. Przyborowski)
Mikroinjekcja
Transformacja pośrednia składa się z trzech etapów: 1. Otrzymanie pożądanego odcinka DNA z materiału genetycznego dawcy 2. Wprowadzenie obcego DNA do wektora 3. Wprowadzenie wektora, niosącego w sobie DNA dawcy do komórek biorcy, w taki sposób by DNA dawcy połączył się trwale z DNA biorcy
Wektor transformacji - niewielka cząsteczka DNA mająca zdolność przenoszenia obcego DNA oraz zdolność do autonomicznej replikacji.
Cechy dobrego wektora: 1. Dobrze poznany biologicznie i genetycznie 2. Zawiera pojedyncze miejsce restrykcyjne rozpoznawane przez przynajmniej jeden enzym restrykcyjny 3. Posiada geny tzw. markerów selektywnych 4. Miejsce restrykcyjne nie może znajdować się w pobliżu genów markerów selektywnych 5. Posiada co najmniej jedną sekwencję startu replikacji 6. Posiada gen tzw. replikacji luźnej 7. Nie zawiera genów stanowiących zagrożenie dla człowieka lub środowiska
Figure 2.17 Genomes 3 ( Garland Science 2007)
Figure 2.18 Genomes 3 ( Garland Science 2007)
Przygotowanie wektora transformacji DNA wektora rekombinacja in vitro 1. Trawienie tym samym enzymem restrykcyjnym DNA dawcy 2. Ligacja 3. Namnażanie Wektor zrekombinowany z insertem
Figure 2.15 (part 2 of 3) Genomes 3 ( Garland Science 2007)
Figure 2.15 (part 3 of 3) Genomes 3 ( Garland Science 2007)
Metoda transformacji roślin za pomocą Agrobacterium Agrobacterium tumefaciens plazmid Ti (tumor inducing) choroba guzowatość korzeni (crown-gall) Agrobacterium rhizogenes plazmid Ri (root inducing) choroba włosowatość korzeni (hairy-gall)
Guzowate narośla (tumory) wywołane infekcją Agrobacterium tumefaciens
Schemat budowy plazmidu Ti LB i RB T-DNA Rejon vir ori KO tra
Cechy charakterystyczne T-DNA: 1. Ma zdolność trwałej integracji z genomem rośliny 2. Za przeniesienie i integrację T-DNA odpowiedzialne są sekwencje graniczne (LB i RB), które mają identyczną budowę i wyróżniają się zachowawczą lokalizacją we wszystkich typach plazmidów Agrobacterium 3. Usunięcie fragmentu DNA plazmidowego z obszaru między sekwencjami granicznymi i wstawienie w to miejsce DNA dawcy, nie zakłóca procesów przeniesienia i integracji T- DNA z DNA rośliny 4. Stanowi 5-10% DNA plazmidu