BMGE, Alkalmazott biokémia, transzgénikus organizmusok, 2012 Búza beltartalmi tulajdonságok módosítása molekuláris nemesítéssel

BMGE, Alkalmazott biokémia, transzgénikus organizmusok, 2012

Búza beltartalmi tulajdonságok módosítása molekuláris nemesítéssel

2012. novem ber 30. Rakszegi M ariann

A búza (Triticum aestivum) általános összetétele

A búzaszem fő összetevőinek mennyiségi eloszlása (%)

víz; 13 nyers fehérje; 12,2

nyers zsír; 1,9 keményítő; 71,9

rost; 1,9 hamu; 1,7

(Lásztity R., 1981)


Kémiai komponensek előfordulása a búzaszemben


Komponensek közötti kölcsönhatások

Keményítő

Fehérjék


A tészta reológiai tulajdonságait meghatározó fehérjék és génjeik Búza sikérfehérjék monomer

polimer

gliadinok

gluteninek

ωS-szegény-

α-

γ-

LMW S-gazdagGén család

Kénben szegény nyújthatóságprolaminok

HMW HMW- prolaminok

Lokusz

Kromoszóma

Gli-1 1A, 1B, 1D Gli-A3,rugalmasság Gli-B3 1A, 1B, short arm

Kénben gazdag prolaminok

Gli-1 Glu-3 Gli-2

HMW-prolaminok

Glu-1

1A, 1B, 1D r 1A, 1B, 1D r 6A, 6B, 6D 1A, 1B, 1D 2012. novem ber 30. Rakszegi M ariann long arm

Tartalékfehérjék vizsgálata SE-HPLC

Gli/Glu arány

Abszorbancia

SDS-PAGE

Gliadin Albumin + Globulin

Glutenin

Elúciós idő

RP-HPLC

DNA markerek

x/y arány

2.60 2.40 2.20 2.00 1.80 1.60 1.40 AU

1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 -0.20 13.00

14.00

15.00

16.00

17.00

18.00

19.00

20.00

21.00 Minutes

22.00

23.00

24.00

25.00

26.00

27.00

28.00

Régi magyar fajták felhasználása génforrásként a nemesítési programokban Bánkúti 1201 fajtapopuláció • Fehérje tartalom > 15% •

Sikér tartalom > 40%

•

Nagy SDS szedimentáció ⇒ kiváló technológiai minőség

•

2+12/3+12 allélek jelenléte

•

1Ax2* gén mutáció, 1Bx7 túltermelés

OTKA80292, FVM46028/2004 pályázatok támogatásával Vida et al 1998, Juhász et al 2003

Markerfejlesztés 1Bx7 HMW Glutenin túltermelő genotípusok azonosítására 18 bp duplication Cheyenne, Bánkúti 1201 (11299 AB line) 1Bx7 HMW glutenin gene

Bánkúti 1201 OE

CAA CCA GGA CAA GGG CAA Bánkúti 1201 (11305 TB line)

1Bx7 HMW glutenin gene

CAA CCA GGA CAA GGG CAA CAA CCA GGA CAA GGG CAA

43 bp insertion

Bánkúti 1201 N Cheyenne, Bánkúti 1201 (11301 line) promoter

Glu-1Bx7 TTAAATATATTGTAAAATATTCCGGCAACAACTTGTGGGG

Bánkúti 1201 (11305 line) promoter Glu-1Bx7 TTAAATATATTGTAAAATATTCCGGCAACAACTTGTGGGGGCCTTAAATATATTGTAAAATATTCCGGCAACAACTTGTGGGG

FVM46028/2004 pályázat támogatásával

Keresztezési utódgeneráció vizsgálata 1Bx7 túltermelésre és technológiai minőségre 35

Zeleny sedimentation (ml)

30

frequency (%)

25 20 15 10 5 0 .10-15 15-20

20-25

25-30 30-35

Bx7 %

35-40

40-45

45-50 50-55

70 60 50 40 30 10

20

30

40

50

Bx7%


1Bx7 túltermelő genotípus előállítása, szelekciója

Bx7/ HMW

Far. curve stability (sec)

ICC quality number

Bánkúti1201 population

22,3

6,2

99

Bánkúti 1201 9154-95

36,9

12,2

200

Mv 08-07

33,1

16,1

200

58.0

20.0

Mv B 3539/05

34,7

12,4

172

65.6

10.7

Glenlea (kontroll)

34,1

17,6

200

61.2

20.0

Red River 68 (kontroll)

33,0

16,6

200

Developed lines and genotypes

Water absorption (%)

Development time (sec)

63.7 64.2

62.3


6.0 19.5

19.9

1Ax1 tartalékfehérje alegység túltermelő genotípusok előállítása biolisztikus módszerrel

7+8 5+10

2* 7+9 2+12

14+15 5+10


1Ax1 génnel transzformált genotípusok reológiai tulajdonságai

Imp

line 1 – control

line 3

line8 Cadenza

Canon

line 12

line 17

(Rakszegi et al. 2008, J. Cer. Sci.)


A keményítő bioszintézis enzimei és génjeik

75% amilopektin

szaharóz ADPGPP

G1P ADPGPP

G1P

citoplazma SSI SSII ADPG szacharózszacharóz szacharóz

ADP-glükóz

citoplazma

BEII DBE BEI SSIII

GBSS

ADPGPP

7A, 7D, 4A

Locusz

Kromosz óma 25% amilóz

Wxamiloplaszt -A1

7A

Wx-D1

7D

Wx-B1

4A


Nagy amilóz tartalmú búza genotípusok előállítása Agrobacterium-közvetített transzformációval Fajta:

NB1 (kb. 30% amilóz tartalom)

Vektor:

pDV03000+pSB11 és pSB1

Promóter:

1Dx5 HMW glutenin gén promótere

Hasznos gén:

SBEIIa és SBEIIb

Transzformációs módszer: Agrobacterium-közvetített Kimutatási módszerek: Eredmény:

PCR, Southern blot, SEM, HPLC

1-6 kópia SBEIIa, 1-7 kópia SBEIIb

SBEIIa és SBEIIb enzimek ‘alul-szabályozása’ RNS interferenciával, több mint 70% amilóz tartalom, rezisztens keményítő mennyisége nő, rostanyagként pozitív hatása van az egészségre (patkány kísérletek) segít az érrendszeri betegségek, a bélrák és a cukorbetegség megelőzésében (Regina et at. 2006. PNAS)


MUTAGENEZIS és TILLING (Targeting Induced Local Lesions in Genomes) Mutagenesis with a chemical mutagen such as Ethyl methanesulfonate (EMS) with a sensitive DNA screeningtechnique that identifies single base mutations (also called point mutations) in a target gene The TILLING method relies on the formation of heteroduplexes that are formed when multiple alleles (which could be from a heterozygote, or a pool of multiple homozygotes and heterozygotes) are amplified in a PCR, heated, and then slowly cooled. A “bubble” forms at the mismatch of the two DNA strands (the induced mutation in TILLING or the natural mutation or SNP in EcoTILLING), which is then cleaved by single stranded nucleases. The products are then separated by size on several different platforms

homoduplexes heteroduplexes

Keményítő szintézis génekre mutáns genotípusok előállítása mutagenezissel és azonosításuk Agronómiai és morfológiai tulajdonságok diverzitása Cadenza M3 - M6 populációkban (2006-2008)

Rakszegi et al. 2010. Euphytica

Búzakalászok morfológiai tulajdonságai M3-M6 generációkban


Búzakalászok deformációja és sterilitása az EMS kezelés hatására


Extrém tulajdonságokkal rendelkező genotípusok azonosítása Properties

Min

Max

Heading date

Early

Late

Plant height

Short

Tall

Leaf colour

Green

Light green

Ear length

Very short

Very long

Ear density

Very lax

Very dense

Awn length

With awns

Very short awns

Sterility

Some sterile spikes

Mutation

Malformed ears

3

Cadenza (wt)

2

Sgp-D1-

1

Sgp-B1-

Sgp-A1-

Amilopektin szintézis génekre (SGP) mutáns vonalak előállítása és azonosítása N11 nemesítési vonalból

4

Triple mutant lines: 999-19 999-20 999-22 993-11 1061-24 1061-26

SDS-PAGE separation of starch granule proteins extracted from Sgp-1 mutants.

(Sestili et al 2010 Molecular Breeding)

Keresztezési program indítása köztermesztésben levő fajtákkal ‘High amylose’ gének átvitele (Sgp-A1, Sgp-B1, Sgp-D1) Heterozigóta genotípusok azonosítása

M x N F1

MN (x N)

BC1

MN

BC1F2

MM

MN

300 plants

NN (x N)

388 plants

BC2

MN

NN (x N)

377 plants

Növénymagasság a BC1F2 populációban

Frequency (%)

25

mutáns Solstice

20

Ukrainka Koreli Lona Yumai-34

15 10 5 0 20-25

26-30

31-35

36-40

41-45

46-50

51-55

56-60

61-65

66-70

plant height (cm )

Szálkás Tar

256 növény 127 növény

22 növény kalásztípusa hasonló a mutánséhoz

0 mutáns

Ukrainka

Koreli

Solstice

Yumai-34

Lona

3/23T

7/7T

4/28T

2/30T

11/25T

10/25T

11/38T

7/5T

3/20T

4/40T

6/1T

1/5T

13/4T

3/34T

2/45T

4/5T

10/20T

10/17T

11/16T

13/5T

4/22T

10/2T

10/18T

11/19T

3/15T

amylose content (%)

Amilóz tartalom a BC1 generáció tripla heterogén vonalaiban

45

40

35

30

25

20

15

10

5

Markerszelekció SSII-A1 null (289 bp deletion)

N M 454 bp SSII-A 173 bp SSII-A null

SSII-B1 null (175 bp insertion)

N M

846 bp SSII-B null 671 bp SSII-B

SSII-D1 null (63 bp deletion)

N M

558 bp SSII-D 495 bp SSII-D null

Shimbata et. al. 2005 TAG

Mutáns és heterogén vonalak aránya különböző visszakeresztezések után Generation Triple mutant Triple heterozygote Mutant +heterozygote A normal B normal D normal

BC1

BC1F2

BC2

0.78 % 12.33 % 10.00 % 10.33 % 10.67 %

26.26% 33.42 % 18.02 % 8.62 % 10.70 %

7.43% 27.32% 9.02%

Szemkeménységet meghatározó fehérjék és génjeik Friabilin 15 kDa, detergensben oldható

puroindolin-a

puroindolin-b

GSP-1

egyéb komponensek

• keményítő és fehérjemátrixMolekuláris határfelületén helyezkednek el Fenotípus Kromoszóma változás • Triptofán-ban gazdag doménnel rendelkeznek 5D kromoszóma, Ha lokusz Pur-a, pur-b jelenléte puha, vad típus • lipidkötő képességgel és jó habképző tulajdonsággal rendelkeznek Pur-a null

kemény

Pur-b mutáció, Befolyásolt minőségi tulajdons ágok: Gly-46→Ser-46 Pur-b mutáció, Leu-60→Pro-60 • lisztkihozatal, keményítősérülés - őrlés • vízfelvétel, kenyértérfogat Pur-b mutáció, - sütőipar Trp-44→Arg-44 • fehérje tartalom söripar Pur-b null, -Trp-39→stop codon

kemény

Pur-b null, Trp-44→stop codon

kemény

Pur-b null, Cys-56→stop codon

kemény 2012. novem ber 30. Rakszegi M ariann

2A, 2B, 5B, 6D, 4B, 4D

kemény kemény kemény

pinB szekvencia hatása a szemkeménységre Fajta:

Hi-Line – keményszemű búza, pinB-D1b allél

Kontroll: Chinese Spring – puhaszemű búza, vad típus Vektor:

pGB4.2, pRQ101A

Promóter:

Dy10 promóter, CaMV35S

Szelekciós gén:

bar

Hasznos gén:

pinB-D1a

Transzformációs módszer: biolisztikus (PDS1000/He) Kimutatási módszerek:

Eredmény:

rezisztencia teszt, PCR, Southern blot, Northern blot, SDS-PAGE, SEM, Perten SKCS, starch damage

a vad típusú pinB transzgén több kópiában épült be a 6 transzformáns növénybe, több friabilin fehérje expresszlódik (4-10-szeres mennyiség), szemkeménység és keményítősérülés csökkent, (Beecher et al. 2002 TAG)


Puroindolin A géncsendesítésének hatása a szemkeménységre Fajta:

Zhongyou 9507-60 (puha, HI=30.5)

Kontroll: Stewart (durum, very hard) Vektor:

pUBPa

Promóter:

Ubi

Szelekciós gén:

bar

Hasznos gén:

pinA illusztráció

Transzformációs módszer: biolisztikus (PDS1000/He) Kimutatási módszerek: Eredmény:

rezisztencia teszt, PCR, Southern blot, SDSPAGE, SEM

6 transzgénikus növény (3 puha, 3 kemény) keményszeműekben több kópiában van jelen a gén, de az expresszált fehérje mennyisége kisebb, kettőben csak a pinB van jelen, az exogén pinA gén jelenléte több kópiában, csendesíti az endogén géneket (Xia et al. 2008 J. Cer. Sci.)


Bioaktív komponensek gabonafélékben Rostanyagok Definíció: Növényi szénhidrátok, melyek a vékonybélben nem emésztődnek meg és nem is kötődnek meg, a vastagbélben részben vagy egészben megemésztődnek Komponensei:

- β-glükán (árpa, zab) - Arabinoxilán (búza, rozs) - Cellulóz - Lignin

Hatásai: - koleszterin és vércukorszint csökkentő hatása van, - csökkenti a vastagbélrák kialakulásának kockázatát Napi ajánlott mennyisége : 30-35 g / nap


ta

ib

úz a

a

elt a

zs

úz zi b

sz ős

va

sp

ro

b

ős

m

b

bú

a za

úz

elt a

zs

za ro sp ib zi

ru

um

cu m

du

cc

oc

sz

oc

va

on

ta

m

co

Rostanyag

za

cu m

0

oc oc

50

on

100

m

150

ru

Arabinoxilán mennyisége korpában

du

200

pa

m g /g (sz áraz an yag )

0

m

di

za

a

50

ár

bú

úz

100

cu m

250


zi

ib

150

pa

za

ős

sz

200

ár

bú

za

250

co c

zi

bú

a

zs elt

ro

b

m

za

cu

sp

oc

m

um

pa

ru

cc

du

co

oc

va

on

ta

m

di

ár

m g /g ( sz áraz an yag ) 300

di

ős

zs

elt a

ro

b

m

m

za

cu

sp

oc oc

ru

m

pa

cu

du

co c

as zi

on

ta v

m

di

ár


Bioaktív komponensek mennyisége különböző gabonafélékben Rostanyagok eloszlása B-glükán

70 60 50 40 30 20 10 0

Arabinoxilán mennyisége lisztben

50

40

30

20

10 0


Bioaktív komponensek gabonafélékben ANTIOXIDÁNSOK oxidációt késleltető, vagy gátló anyag, a sejtek öregedéséért felelős szabad gyökök ellen termelődik a szervezetben

Szterolok

csökkenti a vér koleszterinszintjét, a magas vérnyomást és a szívinfarktus kockázatát, ajánlott napi mennyiség : 1-3 g/nap

Tokolok

E-vitamin aktivitású antioxidáns, megakadályozza a többszörösen telítetlen zsírsavak oxidációját, hiánya vérszegénységet, meddőséget, izomsorvadást okoz, gyulladásgátló hatása is ismert ajánlott napi mennyiség: 15-19 mg/nap

Fenolsavak

antioxidánsok, de antitumor hatásuk is van Túl nagy mennyiségben akadályozzák a rostanyagok oldódását ajánlott napi mennyiség: 200 mg/nap

Folát

B vitamin aktivitású antioxidáns, szerepe van még a fehérvérsejtek, vörösvértestek, vérlemezkék képzésében, az aminosavak, és nukleinsavak anyagcseréjében hiánya növeli a vérszegénység, az érrendszeri betegségek, az Alzheimer kór és néhány rákfajta kialakulásának kockázatát ajánlott napi mennyiség: 400 g/nap (B komplex)

Alkilrezorcin

a teljeskiőrlésű gabonák fogyasztásának biológiai markere (nyomonkövetés) antimikrobiális hatása van, a biológiai membránok működésére hatással van, antimutagén aktivitással rendelkezik ajánlott napi mennyiség: 10-25 mg/nap 2012. novem ber 30. Rakszegi M ariann


ős

ru

m

b

úz a

za

a

zs elt bú

sp

ro

za

cu m

zi b

sz i

pa cu m du

co c

oc oc

va

on

ta

m

di

ár

ug/g (sz áraz anyag)

ős

ru m

b

úz a

za

a

zs elt bú

sp

ro

za

cu m

zi b

sz i

pa

cu m

du

co c

oc oc

va

on

ta

m

di

ár

u g /g (sz áraz an yag )

Terpenoid komponensek eloszlása gabonafélékben Szterolok

1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600

Tokolok

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

zi

za

a

a

ár pa

bú

úz

elt

ta va sz ib úz a ős zi bú za

sp elt a

ro zs

ng/g (szárazanyag)

Fenolsavak

za b

du ru m m on oc oc cu m

u g /g (sz áraz an yag ) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

di co cc um

ős

ib

b zs

za

cu m

sp sz

oc

m

um

pa

ru

cc

du

co

oc

va

on

ta

m

di

ár

sp elt a ta va sz ib úz a ős zi bú za

1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

ro

Alkilrezorcinol

ro zs

za b

du ru m m on oc oc cu m

di co cc um

ár pa

ug/g (szárazanyag)

Fenolos komponensek eloszlása gabonafélékben Folát

1000 800

600

400

200 0


Egészségmegőrzés és hagyomány: alapanyag-, termék- és technológiafejlesztés a gabonavertikumban

HTcereal No. TECH_08_A3/2-2008-0425 http://gabonart.hu

Yumai-34, hagyományos nemesítés nagy rostanyag komponens tartalomra - Exotikus kínai búzafajta

- kiemelkedő vízoldható arabinoxilán (WE-AX) tartalom a lisztben ~(1%) - keresztezés : 1.2

Mv-Emese

0.4 0.2

PU S LU

U

KR

A

IN

KA

R IA

KG

-K U N

G LO

M BO -M A M V

M ES E -E

UR

TO M V

YU

Courtot

T

0.0

M A

Lupus

0.6

C O

Golia

0.8

I- 3 4

Ukrainka

WE-AX %

Mv-Mambo

1.0

HTcereal No. TECH_08_A3/2-2008-0425

Rostanyag tartalom befolyásolása (1,3; 1,4)-β-D-glükán Fajta:

Arabidopsis

Hasznos gén:

árpa β-glükán / rizs cellulóz-szintáz szerű CslF gén öszehasonlító genomika

Kimutatási módszerek:

enzimes módszer monoklonális antitestekkel

Eredmény: CslF gén részvételének bizonyítása a glükán szintézisben Gabona és fű-félék sejtfal alkotója, Rostanyag Segít a bélrák, magas vérkoleszterinszint, érrendszeri betegségek, elhízás, nem-inzulinfüggő cukorbetegség megelőzésében

(Burton et al. 2006. Science)


Rostanyag tartalom befolyásolása (1,3; 1,4)-β-D-glükán Fajta:

Cadenza

Vektor:

pGEM-T Easy, RNS interferencia génkonstrukciók

Promóter:

1Dx5 HMW glutenin gén promóter

Szelekciós gén:

NptII

Hasznos gén:

CSLF6 – cellulose synthase-like F6 gene

Transzformációs módszer:

biolisztikus (PDS1000/He)

Kimutatási módszerek:

Megazyme, HPAEC

Eredmény:

géncsendesítés, 5 genotípus β-glükán tartalom csökkent 30-52%-al vízoldható β-glükán csökkent 50%-al

(Nemeth et al. 2010. Plant Physiology)


Arabinoxilán tartalom befolyásolása Arabinoxilán szintézisében résztvevő gének azonosítása:

- Mitchell et al. 2007. Plant Physiology, bioinformtics - Masood Quraishi et al. 2011. Funct. Integr. Genomics, metagenomika


A vitamin hiánybetegségek megelőzése Fajta:

Taipei 309, rizs fajta

Vektor:

pB19hpc és pZPsC vagy pCaCar vagy pFun3

Promóter:

CaMV35S

Hasznos gén:

PSY

(phytoene synthase gén nárciszból)

CRTI

(bakteriális carotene desaturase)

β-LCY (lycopene β cyclase) Szelekciós gén:

aph IV vagy pmi

Transzformációs módszer: Agrobacterium-közvetített Eredmény: Aranyrizs (1999), mely β-karotin-t termel (provitaminA) 1.6-37 ug/g 6000 haláleset/nap, 500e gyermek megvakul/év A-vitamin hiány miatt, cél a vas és a fehérjehiány okozta betegségek visszaszorítása számos próbálkozás a koncentráció növelésére (Al-Babili 2005. Trends in Plant Science) 2012. novem ber 30. Rakszegi M ariann

Karotinoidok bioszintézise Vektorok Fitoén szintáz

1.6 µg/g

6 µg/g

Karotin deszaturáz

Likopin β cikláz

37 µg/g


Tokoferol bioszintézise növényekben


E-vitamin antioxidáns mennyiségének növelése Gén

Transzformált növény

Enzim túltermelés Tokoferol helye mennyiségének növekedése

HPPD Hidroxifenil piruvát dioxigenáz

Arabidopsis, dohány

levél mag

10% 30%

DXP Deoxi-xilulóz foszfát szintáz

Arabidopsis

levél

40%

HPT Homogentizát fitiltranszferáz

Arabidopsis

levél mag

4.4 szeres 0.4-2 szeres

Árpa HPT variáns Homogenizát geranilgeraniltranszferáz aktivitás

kukorica

mag

20-szoros tokotrienol 8-szoros total tokol

γ-TMT és MPBQMT Tokoferol és metilfitilbenzokinon metiltranszferáz

szója

mag

Tokolok 95% -a aktív α-tokoferollá alakul

(Ajjawi et al. 2004. Trends in Biotechnology) 2012. novem ber 30. Rakszegi M ariann

C-vitamin tartalom növelése Fajta:

A188xB73 kukorica, Xanthi dohány

Vektor:

pET19b vagy pET11 és pAHC18

Promóter:

Ubi1 vagy Sh2, CaMV35S

Hasznos gén:

DHAR (dehidroaszkorbát reduktáz) (búza)

Szelekciós gén:

bar

Transzformációs módszer:

biolisztikus

Kimutatási módszer:

Western blot, PCR, enzim assay

Eredmény:

DHAR expresszió 32-szeresére nőtt dohány levélben, 100szorosára nőtt kukorica magban aszkorbinsav mennyisége 2, 4-szeresére nőtt (d, k) az ember nem tudja szintetizálni az utolsó bioszintézis enzim gén mutációja miatt, ezért fel kell vennie

(Chen et al. 2003. PNAS) 2012. novem ber 30. Rakszegi M ariann

Folát tartalom növelése Fajta:

Arabidopsis

Vektor:

pTK202

Promóter:

CaMV35S

Hasznos gén:

folE (GTP ciklohidroláz1)

Szelekciós gén:

bar

Transzformációs módszer: Agrobacterium-közvetített Kimutatási módszerek: Eredmény:

rezisztencia teszt, PCR, SDS-PAGE, GCH és pterin assay, mikrobiológiai assay

pterin bioszintézis aktiválásával nő a folát tartalom GTP ciklohodroláz1 expressziója 1250-szeresére nőtt, a pterinek és folátok mennyisége sorban 2 és 4 szeresére nőtt vérszegénység, születési rendellenességek, szívérrendszeri betegségek, rák kockázatát csökkenti emberi szervezetben nem termelődik (Hossain et al. 2004. PNAS)


Pterinek és folátok bioszintézise növényekben GTP ciklohidroláz1

Para-aminobenzoic acid


Ásványi anyagok mennyiségének növelése gabonafélékben Ajánlott

UK

tolerálható

biztonságos

napi

referencia

felső konc.

felső konc.

mennyiség

adatok

határ

határ

Fe, Zn, Cu, I, Se - nagy mennyiségben káros 6 billió ember

60-80%-a Fe hiányos, 30%-a Zn hiányos 30%-a I hiányos 15%-a Se hiányos

(White et al. 2005. Trends in Plant Science)


Fe és Zn koncentráció variabilitása ehető szövetekben ‘core’ kollekciókban Fe mg/kg

Zn mg/kg

Rizs

6-24

14-58

Búza

25-73

25-92

Kukorica

10-63

13-58

Borsó

23-105

16-107

Spenót

50-139

31-387


Transzformációs kísérletek az ásványi anyagok mennyiségének növelésére Problé Probléma megkö megközelí zelítése

Gén

Koncentrá Koncentráció ció nő (csö (csökken*)

Transzformá Transzformált növény

Fe felvé felvétel elő elősegí segítése talajbó talajból, FeFe-ban szegé szegény talaj tolerá tolerálása

Fe(III) Fe(III) reduktá reduktáz

Fe, Fe, de Zn, Zn, Ca, Ca, Mg, Cu, Cu, Mn is

Nem fá fás növények

AtNAS1 Nikotianamin szintá szintáz

Fe, Fe, Zn, Zn, Mn

dohá dohány

AtZIP1 Arabidopsis Zn 2+ transzporter

Fe és Zn

árpa

Ferritin Laktoferritin

Fe, Fe, Zn és Cu Fe

Rizs salá saláta

Promó Promóterek génjei Segí Segítik az ásvá sványi anyagok abszorpció abszorpcióját emberben

Aszkorbinsav Β-karotin Cisztein tartalmú tartalmú peptidek

Salá Saláta Rizs gabonafé gabonafélék

Antinutriensek génjei Gátoljá tolják a Fe, Fe, Zn, Zn, Ca abszorpció abszorpcióját

Fitá Fitát* (bioszinté (bioszintézis enzimgé enzimgének kiü kiütése vagy fitá fitáz túltermelé ltermelése) Tannin*

Rizs, bú búza, szó szója, repce

Bioló Biológiailag hasznosí hasznosítható tható Fe és Zn tartalom nö növelé velése


Fe hiánybetegségek megelőzése Fajta:

Taipei 309, rizs

Vektor:

pCAMBIA 1390 pGluChi

Promóter:

Gt1 glutelin promóter CaMV35S

Hasznos gén:

pfe (ferritin, Phaseolus vulgaris-ból) és rgMT (metallothionein-szerű fehérje) gén (Fe tartalom növelés) A.famigatus fitáz gén és árpa β-glükanáz szignál peptid gén (biológiai hasznosíthatóság javítása)

Transzformációs módszer: Agrobacterium-közvetített biolisztikus Kimutatási módszerek: Western blot, HPLC, atomabszorpciós spektofotométer Eredmény:

nagy vastartalmú rizsszemek, nagy fitáz aktivitással és ciszteinben gazdag fehérjével, Fe hozzáférhetősésének javítása (Lucca et al. 2001. TAG)


Zn, Ca és Fe ionok hozzáférhetőségének növelése Fajta:

Bob white, tavaszi búza

Vektor:

Ubi-SP-Phy vagy p1Dx5SPPhyN

Promóter:

Ubi1 vagy 1Dx5 promóter

Hasznos gén:

phyA (Aspergillus niger fitáz génje)

Transzformációs módszer: biolisztikus Kimutatási módszerek: Eredmény:

Western blot

expresszió a magban (endosperm, aleuron, korpa), embrióban nincs expresszió növeli a Zn, Ca és Fe ionok hozzáférhetőségét a bélrendszerben nem-kérődző állatokban, azáltal, hogy a fitáz bontja az inozitol hexafoszforsavat (phytic acid), a szabad foszfor pedig hozzájárul az emészthetetlen komplexek bontásához 2012. novem ber 30.

(Brinch-Petersen et al. 2000. Mol.Breed.) Rakszegi M ariann

Egy öregedést szabályozó NAC gén hatása a búzaszemre

Fajta:

Búza

Hasznos gén:

Gpc-B1 gén tönke búzából (modern búzában nem aktív) NAC transzkripciós faktort expresszál (NAM-B1)

Eredmény: gyorsítja az öregedést, a tápanyagok mobilizációját segíti a levélből a fejlődő mag irányába növeli a mag fehérje, vas és cink tartalmát géncsendesítéssel 30%-al csökken a szem fehérje, vas és cinktartalma, 3 héttel lassul az öregedés

(Uauy et al. 2006. Scinece)


Esszenciális aminosavak Amarantusz gén (ama1) bevitele búzába ♦ albumin, nem-allergén fehérje – AmA1

♦ magas táplálkozástani értékű, FAO/WHO (1991) ajánlásával ♦ nagy esszenciális aminósav tartalom – lizin 7.7 % - WHO 5.5% – tirozin 7.0 % - WHO 6.0% – treonin 5.4 % - WHO 4.0% (Tamás et al. 2008. Plant Cell Report)


Amaranthus hypochondriacus tartalék fehérje gén (Ama1) bevitele búzába AmA1-pTLZ hasznos gén, 1Bx17 HMW-GS endosperm specifikus promóter

1Bx17 HMW-GS

Ama1 gén

nos

~5 kb

pAHC25 vektor 12 független vonal – PCR analízis – Southern-blot – RT-PCR – Western-blot

ama1 gén Southern-blot analízise (T1 generációban)

(Tamás et al. 2008. Plant Cell Report)

~1 kb


Búza táplálkozástani tulajdonságának megváltoztatása Ama1 génnel 28-as vonal Western-blot analízise

T2 magok aminósav összetétele AmA1 protein

Non specific band

DPA +6% AmA1 fehérje/total fehérje lisztben (5 minta) (indirekt ELISA):

1.78 - 2.41%

+2.8% +3.8%

Aminosav Aminosav

total aminosav %%-ában Cadenza (donor)

line #28

His

2.26± 2.26±0.01

2.28± 2.28±0.01 (0.9)

Ile

3.38± 3.38±0.01

3.46± 3.46±0.01 (2.4)

Leu

6.53± 6.53±0.01

6.58± 6.58±0.01 (0.8)

Lys

2.19± 2.19±0.01

2.32± 2.32±0.01 (6.0)

Met

1.32± 1.32±0.01

1.32± 1.32±0.01 (0.0)

Phe

5.03± 5.03±0.01

5.08± 5.08±0.01 (1.0)

Thr

2.53± 2.53±0.01

2.60± 2.60±0.01 (2.8)

Tyr

2.61± 2.61±0.01

2.71± 2.71±0.01 (3.8)

Val

4.28± 4.28±0.01

4.34± 4.34±0.01 (1.4)

(Tamás et al. 2008. Plant Cell Report)


Lizin tartalom növelése kukoricában QPM (quality protein maize) kukorica előállítása (CIMMYT) Bevitt gén

Pozitív hatás

Negatív hatás

opaque (o2)

Lizin tartalom nő a szemben

Zein prolaminok mennyisége csökken Alacsony szemtermés Puha szem Nagyobb rovarkár Törékenység nő

o2 modifiers (mo2) (és fl2, De-B30, Mc= α-zein gének)

Módosítja a puha endospermium szerkezetet, a túl nagy keményítő tartalmat

Technikai komplexitás Pontos működésük nem ismert 2012. novem ber 30.

(Gibbon et al. 2005. Trends is Genetics) Rakszegi M ariann

Köszönöm a figyelmet! [email protected]


BMGE, Alkalmazott biokémia, transzgénikus organizmusok, 2012 Búza beltartalmi tulajdonságok módosítása molekuláris nemesítéssel

Recommend Documents