INNOVATÍV TUDOMÁNY A Vajdasági Magyar Akadémiai Tanács tudományos tanácskozása nemzetközi részvétellel Színhely: Magyar Tannyelvű Tanítóképző Kar, I. emeleti díszterem, Szabadka, Strossmayer u. 11. Időpont: 2009. december 12. (szombat)
Dudits Dénes: Zöld géntechnológia és agrárinnováció
ZÖLD GÉNTECHNOLÓGIA ÉS AGRÁRINNOVÁCIÓ Géntechnológiával nemesített (GM) növények és a környezetbarát mezőgazdaság
Transzgénikus (GM) búzagenotípusok a Szegedi Gabonatermesztési Kutató Kht. kísérleti terén. Kertész Zoltán
VILÁGTENDENCIÁK AZ ÉLELMISZERIGÉNYBEN (előrejelzések) 2050-ben 9,1 milliárd népesség 40% növekedés
2x-es emelkedés az élelmiszer-szükségletben
A napi jövedelem 2 - 10 USD-ra növekszik
Emelkedik a hús- és tejtermékek, gyümölcs, zöldség, olaj fogyasztása
Olafur Ragnar Grimsson: A talaj és a növényzet rohamosan csökken Földünkön, aminek végzetes következménye van az élelmiszer- és takarmány-termelésre és felgyorsítja a klímaváltozást.
A BÚZAGÉNEK MANIPULÁLÁSÁNAK MÓDSZEREI AZ ÉVSZÁZADOK SORÁN
Kína és a világ élelmezési gondjainak kezelésében kap szerepet a Zöld Szuper Hibridrizs, amelyet géntechnológiával és hagyományos keresztezéssel és szelekcióval nemesítenek (Zhang, 2007)
a
b
c
d
e
J. Pauk et al.
REGENERATION OF WHEAT MsALR TRANSFORMANTS AND GROWTH OF MATURE PLANTS Development of first shoots on AAR medium
Transgenic plantlets in soil
Fertile ALR spikes
J. Pauk et al.
J. Pauk et al.
A nagy szemű rizs kialakításáért felelős GW2 gén izolálása nagy felbontású genetikai térkép segítségével (Song és mtsai 2007) a) a két szülői fajta rizsszemeinek mérete; b) A GW2-régiót közrefogó molekuláris markerek (WO24, WO04) a második kromoszómán és a rizs genomikus DNS-darab bakteriofág B1 vektorban (AP005004); c) stabil rekombináns vonalak a FAZ1 szülőkkel történt visszakeresztezések után, amelyeknek megvan a 8,2 kb GW2 DNS-régiójuk, széles szeműek
A GW2 gén DNS-szekvenciájának ismeretében meghatározhatók a funkcionális egységek és a WY3 fajtában előforduló hibák, amelyek működőképtelenné tették ezt a RING-típusú E3 ubiquitin-ligáz enzimet (Song és mtsai, 2007) boxok: az exonok; fekete vonal: intronok; a számok a bázisszámot adják meg UTR: nem átírt szakasz; ATG: startkodon; TAG: stopkodon
A GW2 gén elhallgattatása szélesebb rizsszemek kialakulását eredményezi antiszensz (AS) ciszgenikus növényekben, ugyanennek a génnek a fokozott működtetése szensz konstrukcióval (S) kisebb szemméretet okozott (Song és mtsai, 2007) A) az antiszensz (AS) transzformánsok szélesebb szemei a kontroll rizsszemekhez B) viszonyítva; B) a szensz (S) transzformánsok kisebb szemeket teremtek; C) a konkrét szemméretadatok a kétféle transzformáns vonal növényein
A japonica és indica rizsalfajok genomjának megszekvenálása mérföldkő a növénynemesítés történetében
A KÍNAIAK VEZETŐ SZEREPE A RIZSGENOMIKÁBAN
37 544 rizsgén The map-based sequence of the rice Nature 436, 793, 2005
FÉLSIVATAGI KÖRÜLMÉNYEK MAGYARORSZÁGON Átlagos termésveszteség búzában:
2003: 25% 2007: 12%
A Magyar Búzakonzorcium segít a klímaváltozás gazdasági hatásainak mérséklésében
Vízhasznosítási hatékonyság (a kontrol %-ában
A VÍZHASZNOSÍTÁSI HATÉKONYSÁG ÉS A TERMŐKÉPESSÉG ÖSSZEFÜGGÉSE A VIRÁGZÁSKORI SZÁRAZSÁGSTRESSZ ESETÉN 180
WUE % Ae382
170 2
R = 0.9709
Plainsmann
Ae642
160 Mv9kr1
150
Magma 1B1R
Fatima
140
Cap.Desp
130
Renan;1B1B
120 Kobomugi
110 100
50
55
60
65 70 75 80 Szemtermés (kontrol %-ában)
85
90
95
B. Hoffmann et al.
A gyökérstruktúra és a hajtás alakulása rossz vízellátottságú talajban búzagenotípus függő A) optimális vízellátás; B) szárazságstressz (Györgyey és mtsai kísérlete)
A szárazságstressz okozta változások a génkifejeződési mintázatokban az ellenálló és érzékeny genotípusok összehasonlításában a) 15 ezer szintetikus búza oligonukleotidot tartalmazó DNS-csip (Agilent technológia) b) A búzafajták expressziós hasonlóság alapján végzett klaszterezése erősen indukált (piros), mérsékelten indukált (sárga), nem változott (szürke) és represszált (kék) géneket mutat (Györgyey János és mtsai kísérlete)
GÉNKIFEJEZŐDÉSI VÁLTOZÁSOK BÚZAGYÖKÉRBEN A SZÁRAZSÁGHOZ TÖRTÉNŐ ADAPTÁCIÓ SORÁN MACRO-ARRAY VIZSGÁLATTAL
4 hét 1-2 hét 3-4 hét
PLAINSMANN
KOBOMUGI
Alkalmazkodó, stabil hozamú típus
Gyorsan reagáló „menekülő” típus
73
78
változatlan emelkedés csökkenés
6.1
emelkedés csökkenés
0.5
1.3 2.7
1.6 0.8
0.5
(10 500 klón %-ában )
0.4
Györgyey J. és mtsai
A SZÁRAZSÁGTŰRŐ PLAINSMANN FAJTÁBAN AKTIVÁLÓDÓ NÉHÁNY GÉN
Kobomugi
Plainsmann
Nucellin-like aspartic protease
Receptor-like kinase
Put. eukaryotic translation initiation factor
Györgyey J. és mtsa
GÉNJELÖLTEK A SZÁRAZSÁGADAPTÁCIÓ JAVÍTÁSÁHOZ GÉNBEÉPÍTÉSSEL
Aldose reductase
Glyoxalase II
Györgyey J. és mtsa
About the aldose reductase superfamily in general: • Wide range of substrate specificity • Highly conserved structure (NADH or NADPH binding region, catalytic tetrad) • Occurrence: from bacteria to Homo sapiens polyol pathway
detoxification of reactive aldehydes
-2 -1
Electron transport (μmol m s )
A LUCERNA ALDÓZREDUKTÁZ MÉREGTELENÍTŐ ENZIMET TÚLTERMELŐ DOHÁNYOK ELLENÁLLÓAK MAGAS FÉNYINTENZITÁSSAL ÉS HŐMÉRSÉKLETTEL SZEMBEN
80
60
40
SR1 ALR 1/5 ALR 1/8
20
0 0
500
1000
PAR (μmol m-2 s-1)
Horváth V.G. és mtsai
1500
2000
CY-45
AKR 322 AKR 322
AKR 304 AKR 304 AKR 284 AKR 284
specifikus aktivitás (NADPH μ mol min-1g-1)
60 50 40
30 20 10
0 CY-45
AKR 322
AKR 304
AKR 284
A lucernából származó aldo-keto reduktáz (MsALR) gén a búzagenomba történt beépülés után megemeli a detoxifikáló enzim mennyiségét (a: immunoblot), illetve 4 növényben a specifikus aktivitás szintje (b) CY-45: befogadó fajta; AKR: transzformáns vonalak (Juhász és mtsai, 2009 kézirat)
A lucerna MsALR gént hordozó transzgenikus búzavonal (AKR-304) a méregtelenítő aldo-keto-reduktáz enzim fokozott aktivitása miatt jobb szárazságtűrést mutat az üvegházi komplex sztresszdiagnosztikai értékelés során. A kontroll (CY-45; a) és AKR transzformáns (b) morfológiai bélyegei vízhiányban – digitális kép (Juhász és mtsai, 2009, kézirat)
Rizs, repce és kukorica GM növényeknek (jobb oldali képsor) kisebb a károsodásuk, mint a hagyományos tenyészanyagoké (bal oldali képsor) a szárazság sújtotta szántóföldön (Pennisi, 2008)
A VASKÖTŐ FERRITINFEHÉRJÉT TÚLTERMELŐ DOHÁNYNÖVÉNYEK (felső sor) CSÖKKENT TÜNETETEI ALTERNARIA FERTŐZÉS UTÁN Deák et al. 1999 Nature Biotech. 17: 192-196.
VÍRUSELLENÁLLÓ TRANSZGÉNIKUS NÖVÉNYEK A SZÁNTÓFÖLDÖN (Jobb oldali sor) ÉS AZ ERŐSEN FERTŐZÖTT GENOTÍPUS (Bal oldali sor) Balázs Ervin, Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóközpont, Gödöllő
BÉTA-KAROTINT TERMELŐ ARANY RIZS Génbepítésre használt vektorok
Karotinszintézis génjei
http://www.uaf.edu/chem
BÉTA-KAROTINT TERMELŐ ARANY RIZS
http://www.uaf.edu/chem
A keményítőszintézisben szerepet játszó molekulák és enzimek. Az ADP-glükóz a glükózdonor a keményítőszintázok számára, amelyet a ADP-glükóz pirofoszforiláz (AGPáz) szintetizál ATP felhasználásával (Smith, 2008)
Mutáns ADP-glükóz pirofoszforiláz hatására nagyobb kukoricaszemek fejlődnek (Wang és mtsai, 2007)
AZ E-VITAMINSZINT OPTIMALIZÁLÁSA TRANSZGÉNIKUS TECHNOLÓGIÁVAL Napi javasolt mennyiség: 10-13.4 IU (7-9 mg α-tokoferol) 100 IU felett csökkent kockázatúak: a szívbetegségek, bizonyos rákbetegségek, Alzheimer-betegség javított immunválasz Különböző formák:
E-vitaminaktivitás
α β 100% 50%
γ δ-tokoferol 10% 3%
Szójaolajban: 70% γ -tokoferol 7% α-tokoferol hasonló arány a
kukorica repce gyapot pálma
olajokban
γ-TOKOFEROL METILTRANSZFERÁZ (γ-TMT)
AZ A.t. γ-TMT cDNS MAGASSZINTŰ KIFEJEZTETÉSE MAGSPECIFIKUS PROMOTERREL (prDC3 sárgarépa) ARABIDOPSIS TRANSZFORMÁNSOKBAN Az Arabidopsis γ-TMT megklónozása: - ismert a Synecocystis alga génszekvenciája - kompkuterkeresés Arabidopsis EST-szekvenciák között
66% aminosav-azonosság
(SAM kötőhely, kloroplasztisz lokalizációs jel) TRANSZGÉNIKUS ARABIDOPSIS NÖVÉNYEK TÚLTERMELIK A γ-TMT-t A MAGBAN Vonal
Tokoferoltartalom
α-tokoferol (%)
β-tokoferol (%)
γ-tokoferol (%)
pDC3 kontroll pDC3-γ-TMT-1
366,3
1,1
0
96,9
360,6
95,1
1,0
pDC3-γ-TMT-2
383,4
93,5
pDC3-γ-TMT-3
339,7
87,8
δ-tokoferol (%)
γ-TMT-aktivitás (pmol/fehérje mg/óra
2,18
0
3,9
0
2,12
1,0
5,5
0
1,88
0,5
12,0
0
1,71
Shintani, D. és Della Pena, D. Science 1998, 282: 2098
Antociántermelő paradicsom a) a génbeépítésre használt transzformációs vektor. LB, RB: Agrobacterium határszekvenciák; E8: bogyóspecifikus promóter; Kanr: kanamicin szelekciós marker; DEL és ROS1: oroszlánszáj eredetű regulátor gének; a cmv3’: virális terminátor; b) a paradicsom fenotípusok: bal oldali oszlop kontrollfajta, középső és jobb oldali oszlop: antociánt termelő bogyók; c) transzgenikus növény (Butelli és mtsai, 2008)
A rákra hajlamosító genetikai hibát hordozó egerek jobb életkilátása a lila (GM) paradicsompor fogyasztása után (Butelli és mtsai 2008)
Gyógyszergyártás műanyag zacskókban tenyésztett GM sárgarépasejtekkel (Protalix Biotherapeutics)
Szelektált gyógyszerek és termékek, amelyeket GM-növényekben állítottak elő a hivatkozott biotechnológiai cégek (Kaiser, 2008)
“A Bt-kukorica mint egy további eszköz a fuzáriumtoxinok csökkentésére.” Prof. Andreas Schier, Nürtingen-Geislingen University
Gombafertőzés a kukoricamoly lárvája által károsított csövön
Mikotoxinszint a kukoricaszemben: Rovarirtó szer nélküli kukorica (sárga); Bt-kukorica (zöld) µg/kg Mikotoxincsoportok: DON = Deoxinivalenol; FUM = Fumonisins; ZEA: = Zearalenone
Az EFSA változatlanul elfogadásra javasolja a MON 863 Bt-kukoricát
Európában a kukoricabogár a 90-es évek elejétől terjedt el. A MON 863 GM-hibrid mind élelmiszerként, mind takarmányként engedélyezve van Európában 2006 január óta. 11 tagállam foglalt ebben a kérdésben állást. Ausztria és Magyarország kivételével a többiek nem látták szükségességét további vizsgálatoknak és intézkedésnek.
A kukoricabogár elleni vegyszere védekezés költsége Magyarországon
YieldGard kukoricabogár-ellenálló GM-kukorica gyökere védettebb, mint a rovarölő szerekkel kezelt hibrideké
Gyökérkárosodás mértéke
1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4
0.25 Gazdaságossági küszöbérték
0.2 0.0 YieldGard Lorsban® Aztec® Force® Plus
Check
Kukoricabogár védett kukorica száraz körülmények között többet terem Iowa Állami Egyetem, 2003-2005 10 9
8,94
8 6,96
7
6,66
Termés, t/ha
6,24
6
5,52
5,34
5 4 3 2 1 0 GM kukorica
Talajfertőtlenítés 1 Talajfertőtlenítés 2
Csávázás 1
Csávázás 2
Kezeletlen konvencionális
A Cry1Ab fehérje a hozzáadott mennyiség %-ában
A tisztított Cry1Ab fehérje degradációja rizsföldön nem telített, levegős kondíciók mellett
Felezési idő 19,6-41,3 nap
Inkubációs idő (nap)
Wang et al. J. Agric. Food Chem. 2007, 55: 1900-1904.
TRANSZGÉNIKUS KUKORICA ÉS SZÓJA FOGYASZTÁSA NEM OKOZOTT KIMUTATHATÓ ALLERGIÁT
Az allergiatesztek eredményei Bőrkarcolási teszt
IgE immunglobulin teszt
Vizsgált személyek száma
Pozitív reakció %
Vizsgált személyek száma
Pozitív reakció %
PAT
77
0
Nincs adat
-
CRY1A(b)
77
0
57
0
CP4EPSPS
27
0
57
0
GM fehérje
Rita Batista et al. J. of Allergy and Clinical Immunology, 116: 407-410.
1996–2006 között termesztett GM növények jelentősen csökkentették a vegyszerfelhasználást és az agrárium okozta környezeti és egészségügyi kockázatot (Brookes és Barfoot, 2008)
Egyetlen évben kimutathatóan kevesebb a földművelésből származó CO2-kibocsátás
A GÉNTECHNOLÓGIÁVAL NEMESÍTETT (GM) NÖVÉNYEK TERMESZTÉSE 2007-BEN A VILÁGON
Világszerte 12 millió gazda vetett GM-növényeket tavaly. 2007-ben 23 országban (iparilag fejlett 11, fejlődő 12) vetettek GM-növényeket Európában (8 EU-tagállamban: Spanyolország, Franciaország, Portugália, Németország, Csehország, Szlovákia, Románia, Lengyelország) a GM-kukorica vetésterülete meghaladta a 110 ezer hektárt, ami 77%-os növekedés 2006-hoz képest. 1996. és 2006. között 34 milliárd USD tiszta gazdasági haszon származott a GM-növényekből. 1996. és 2006. között 15,5%-kal (289 ezer tonna aktív hatóanyag) csökkent a kémiai növényvédő szerek okozta környezetterhelés. 2007-ben 11,2 millió hektáron termesztettek GM-növényeket bioenergia-termelés céljából.
A szója vetésterületének GM-maggal bevetett része
A szójába bevitt új tulajdonságok naptára
KÖVETKEZTETÉSEK • Magyarország szerepe a kibontakozó európai biogazdaságban • A csúcstechnológiák visszautasítása = technológiai és gazdasági kiszolgáltatottság • Mezőgazdasági technológiák sokfélesége: agrárvállakozások specialitásai, piaci lehetőségek • A koegzisztencia feltételrendszerének tudományos kidolgozása • A gazda és a vásárló joga a választáshoz • A technológák diszkriminációja helyett a termék értéke a fontos
KÖSZÖNÖM A MEGTISZTELŐ FIGYELMET
