WikiDer > Генетически модифицированное растение

Genetically modified plant
Часть серия на
Генная инженерия
Генная инженерия logo.png
 
Генетически модифицированные организмы
История и регулирование
Процесс
Приложения
Споры

Генетически модифицированные растения были разработаны для научных исследований, для создания новых цветов растений, доставки вакцин и создания улучшенных культур. Геномы растений можно сконструировать физическими методами или с помощью Агробактерии для доставки последовательностей, размещенных в Бинарные векторы Т-ДНК. Многие клетки растений плюрипотентныйЭто означает, что можно собрать одну клетку зрелого растения, а затем в правильных условиях сформировать новое растение. Этой способностью могут воспользоваться генные инженеры; путем отбора клеток, которые были успешно трансформированы во взрослом растении, можно вырастить новое растение, содержащее трансген в каждой клетке, с помощью процесса, известного как культура ткани.[1]

Исследование

Многие достижения в области генной инженерии стали результатом экспериментов с табак. Основные достижения в культуре тканей и растительная клеточная механизмы для широкого спектра растений произошли от систем, разработанных в табаке.[2] Это было первое растение, созданное с помощью генной инженерии, и оно считается модельным организмом не только для генной инженерии, но и для ряда других областей.[3] Таким образом, трансгенные инструменты и процедуры хорошо зарекомендовали себя, что делает его одним из самых простых для трансформации растений.[4] Другой крупный модельный организм, имеющий отношение к генной инженерии, - это Arabidopsis thaliana. Его небольшой геном и короткий жизненный цикл позволяют легко манипулировать, и он содержит много гомологи важным видам сельскохозяйственных культур.[5] Это был первый завод последовательный, имеет обильные биоинформатический ресурсов и может быть преобразован, просто окунув цветок в преобразованный Агробактерии решение.[6]

В исследованиях растения разрабатывают, чтобы помочь обнаружить функции определенных генов. Самый простой способ сделать это - удалить ген и посмотреть, что фенотип развивается по сравнению с дикого типа форма. Любые различия могут быть результатом отсутствия гена. В отличие от мутагенезгенная инженерия позволяет целенаправленно удалять, не нарушая работу других генов в организме.[1] Некоторые гены экспрессируются только в определенных тканях, поэтому репортерные гены, такие как GUS, может быть прикреплен к интересующему гену, что позволяет визуализировать местоположение.[7] Другой способ проверить ген - это немного изменить его, а затем вернуть растению и посмотреть, оказывает ли он такое же влияние на фенотип. Другие стратегии включают прикрепление гена к сильному промоутер и посмотрите, что происходит, когда он чрезмерно экспрессируется, заставляя ген экспрессироваться в другом месте или в другом месте. стадии развития.[1]

Орнаментальный

Сантори "голубая" роза
Кенийцы изучают устойчивые к насекомым трансгенные Bt кукуруза

Некоторые генетически модифицированные растения чисто орнаментальный. Они модифицированы для более низкого цвета, аромата, формы цветка и архитектуры растений.[8] Первые генетически модифицированные декоративные растения коммерциализировали измененный цвет.[9] Гвоздики были выпущены в 1997 году с самым популярным генетически модифицированным организмом, синяя роза (на самом деле лавандовый или сиреневый) создан в 2004 году.[10] Розы продаются в Японии, США и Канаде.[11][12] Другие генетически модифицированные декоративные растения включают: Хризантема и Петуния.[8] Помимо повышения эстетической ценности, есть планы по созданию декоративных растений, которые потребляют меньше воды или устойчивы к холоду, что позволит выращивать их за пределами естественной среды обитания.[13]

Сохранение

Было предложено генетически модифицировать некоторые виды растений, которым угрожает исчезновение, чтобы они были устойчивыми к инвазионным растениям и болезням, например изумрудный ясеневый бур в Северной Америке и грибковое заболевание, Ceratocystis platani, в европейских платаны.[14] В вирус кольцевой пятнистости папайи (PRSV) опустошал деревья папайи на Гавайях в двадцатом веке до трансгенных папайя растениям была придана устойчивость, вызванная патогенами.[15] Однако генетическая модификация для сохранения растений остается в основном спекулятивной. Уникальное беспокойство вызывает то, что трансгенный вид может больше не иметь достаточного сходства с исходным видом, чтобы действительно утверждать, что исходный вид сохраняется. Вместо этого трансгенные виды могут быть достаточно генетически разными, чтобы считаться новым видом, что снижает ценность генетической модификации для сохранения.[14]

Культуры

Основная статья: Генетически модифицированные культуры

Генетически модифицированные культуры - это генетически модифицированные растения, которые используются в сельское хозяйство. Первые предоставленные культуры используются в пищу для животных или человека и обеспечивают устойчивость к определенным вредителям, болезням, условиям окружающей среды, порче или химической обработке (например, устойчивость к гербицид). Второе поколение сельскохозяйственных культур было направлено на улучшение качества, часто за счет изменения профиль питательных веществ. ГМО третьего поколения можно использовать для непродовольственных целей, включая производство фармацевтические агенты, биотопливо, и другие промышленно полезные товары, а также для биоремедиация.[16]

Развитие сельского хозяйства преследует три основные цели; увеличение производства, улучшение условий для сельскохозяйственных рабочих и устойчивость. ГМ-культуры вносят свой вклад, улучшая урожай за счет снижения давления насекомых, повышения питательной ценности и устойчивости к различным абиотические стрессы. Несмотря на этот потенциал, по состоянию на 2018 год коммерциализированные культуры ограничиваются в основном товарные культуры такие как хлопок, соя, кукуруза и рапс, и подавляющее большинство интродуцированных признаков обеспечивают либо устойчивость к гербицидам, либо устойчивость к насекомым.[16] На сою приходилась половина всех посевных генетически модифицированных культур в 2014 году.[17] Принятие фермерами было быстрым: в период с 1996 по 2013 год общая площадь земель, возделываемых с помощью ГМ-культур, увеличилась в 100 раз, с 17 000 квадратных километров (4200 000 акров) до 1 750 000 км2.2 (432 млн акров).[18] Хотя географически разброс был очень неравномерным, с сильным ростом Америка и части Азии и немного в Европе и Африке.[16] Его социально-экономический распространение было более равномерным: около 54% ​​мировых ГМ-культур выращивались в развивающиеся страны в 2013.[18]

Еда

Смотрите также: Генетически модифицированная пища

Большинство ГМ-культур были модифицированы для обеспечения устойчивости к выбранным гербицидам, обычно глифосат или же глюфосинат на основе один. Генетически модифицированные культуры, созданные для устойчивости к гербицидам, теперь более доступны, чем устойчивые сорта, выведенные традиционным способом;[19] в США 93% соевых бобов и большая часть выращиваемой ГМ кукурузы устойчивы к глифосату.[20] Большинство доступных в настоящее время генов, используемых для создания устойчивости к насекомым, происходят из Bacillus thuringiensis бактерия. Большинство из них имеют форму дельта-эндотоксин гены, известные как белки cry, а некоторые используют гены, кодирующие растительные инсектицидные белки.[21] Единственный коммерчески используемый ген для защиты от насекомых, который не происходит от B. thuringiensis это Cowpea ингибитор трипсина (CpTI). CpTI был впервые одобрен для использования хлопка в 1999 году и в настоящее время проходит испытания на рисе.[22][23] Менее одного процента ГМ-культур содержали другие признаки, в том числе обеспечение устойчивости к вирусам, задержку старения, изменение цвета цветов и изменение состава растений.[17]Золотой рис это самая известная ГМ-культура, нацеленная на повышение питательной ценности. Он был разработан с тремя генами, которые биосинтез бета-каротин, предшественник витамин Ав съедобных частях риса.[24] Он предназначен для производства обогащенных продуктов питания, которые будут выращиваться и потребляться в районах с нехватка диетического витамина А.[25] дефицит, от которого ежегодно умирают 670 000 детей в возрасте до 5 лет.[26] и вызвать дополнительно 500 000 случаев необратимой детской слепоты.[27] Исходный золотой рис содержал 1,6 мкг / г каротиноиды, с дальнейшим развитием, увеличившим это в 23 раза.[28] В 2018 году он получил первые разрешения на использование в пищу.[29]

Биофармацевтические препараты

Растения и растительные клетки были генетически модифицированы для производства биофармацевтические препараты в биореакторы, процесс, известный как Фарминг. Работа проделана с ряска Лемна минор,[30] то водоросли Хламидомонада Reinhardtii[31] и мох Physcomitrella patens.[32][33] Производимые биофармацевтические препараты включают цитокины, гормоны, антитела, ферменты и вакцины, большая часть которых накапливается в семенах растений. Многие лекарства также содержат натуральные растительные ингредиенты, и пути, ведущие к их производству, были генетически изменены или переданы другим видам растений для производства большего объема и лучших продуктов.[34] Другие варианты биореакторов: биополимеры[35] и биотопливо.[36] В отличие от бактерий, растения могут изменять белки послепереводно, позволяя им создавать более сложные молекулы. Они также представляют меньший риск заражения.[37] Терапевтические препараты культивировали в трансгенных клетках моркови и табака,[38] включая медикаментозное лечение Болезнь Гоше.[39]

Вакцина

Производство и хранение вакцин имеет большой потенциал для трансгенных растений. Вакцины дороги в производстве, транспортировке и применении, поэтому наличие системы, которая может производить их на месте, обеспечит больший доступ к более бедным и развивающимся районам.[34] Помимо очистки вакцин, экспрессированных в растениях, можно также производить съедобные вакцины из растений. Съедобные вакцины стимулируют иммунная система при проглатывании для защиты от некоторых заболеваний. Хранение в растениях снижает долгосрочные затраты, поскольку их можно распространять без необходимости хранения в холодильнике, они не нуждаются в очистке и имеют долгосрочную стабильность. Кроме того, присутствие в клетках растений обеспечивает некоторую защиту от кислот кишечника при пищеварении. Однако стоимость разработки, регулирования и содержания трансгенных растений высока, что приводит к тому, что большинство современных вакцин на растительной основе применяется для Ветеринария, где контроль не такой строгий.[40]

Рекомендации

  1. ^ а б c Уолтер П., Робертс К., Рафф М., Льюис Дж., Джонсон А., Альбертс Б. (2002). «Изучение экспрессии и функции генов». Молекулярная биология клетки (4-е изд.).
  2. ^ Ганапати Т.Р., Супрасанна П, Рао П.С., Бапат В.А. (2004). «Табак (Nicotiana tabacum L.) - модельная система для вмешательства в культуру тканей и генной инженерии». Индийский журнал биотехнологии. 3: 171–184.
  3. ^ Koszowski B, Goniewicz ML, Czogała J, Sobczak A (2007). «[Генетически модифицированный табак - шанс или угроза для курильщиков?]» [Генетически модифицированный табак - шанс или угроза для курильщиков?] (PDF). Пшеглад Лекарски (по польски). 64 (10): 908–12. PMID 18409340.
  4. ^ Мо Б, Скорца Р. (15.06.2011). Трансгенные садовые культуры: проблемы и возможности. CRC Press. п. 104. ISBN 978-1-4200-9379-7.
  5. ^ Гепштейн С., Хорвиц Б.А. (1995). «Влияние исследований арабидопсиса на биотехнологию растений». Достижения биотехнологии. 13 (3): 403–14. Дои:10.1016 / 0734-9750 (95) 02003-Л. PMID 14536094.
  6. ^ Holland CK, Jez JM (октябрь 2018 г.). «Арабидопсис: исходный растительный организм-шасси». Отчеты о растительных клетках. 37 (10): 1359–1366. Дои:10.1007 / s00299-018-2286-5. PMID 29663032. S2CID 4946167.
  7. ^ Джефферсон Р.А., Кавана Т.А., Беван М.В. (декабрь 1987 г.). «Слияния GUS: бета-глюкуронидаза как чувствительный и универсальный маркер слияния генов у высших растений». Журнал EMBO. 6 (13): 3901–7. Дои:10.1002 / j.1460-2075.1987.tb02730.x. ЧВК 553867. PMID 3327686.
  8. ^ а б "Биотехнология декоративных растений - Карман К". www.isaaa.org. Получено 2018-12-17.
  9. ^ Чандлер С.Ф., Санчес С. (октябрь 2012 г.). «Генетическая модификация; создание трансгенных сортов декоративных растений». Журнал биотехнологии растений. 10 (8): 891–903. Дои:10.1111 / j.1467-7652.2012.00693.x. PMID 22537268.
  10. ^ Nosowitz D (15 сентября 2011 г.). «Suntory создает мифическую синюю (или эм, лавандовую) розу». Популярная наука. Получено 30 августа 2012.
  11. ^ "Suntory продает голубые розы за границей". The Japan Times. 11 сентября 2011. Архивировано с оригинал 22 ноября 2012 г.. Получено 30 августа 2012.
  12. ^ «Первая в мире« голубая »роза скоро появится в США». Проводной. 14 сентября 2011 г.
  13. ^ «Зеленая генная инженерия теперь также завоевывает рынок декоративных растений». www.biooekonomie-bw.de. Получено 2018-12-17.
  14. ^ а б Адамс Дж. М., Пиовезан Дж., Штраус С., Браун С. (2002-08-01). «Дело о генной инженерии местных и ландшафтных деревьев против занесенных вредителей и болезней». Биология сохранения. 16 (4): 874–79. Дои:10.1046 / j.1523-1739.2002.00523.x.
  15. ^ Трипати С., Сузуки Дж., Гонсалвес Д. (2007). "Разработка генетически модифицированной устойчивой папайи для вирус кольцевой пятнистости папайи своевременно: комплексный и успешный подход ». Своевременная разработка генетически модифицированной устойчивой папайи к вирусу кольцевой пятнистости папайи: комплексный и успешный подход. Методы молекулярной биологии. 354. С. 197–240. Дои:10.1385/1-59259-966-4:197. ISBN 978-1-59259-966-0. PMID 17172756.
  16. ^ а б c Каим, Матин (29.04.2016). "Вступление". Генетически модифицированные культуры и сельскохозяйственное развитие. Springer. С. 1–10. ISBN 9781137405722.
  17. ^ а б «Глобальный статус коммерциализированных биотехнологических / ГМ-культур: 2014 - ISAAA Brief 49-2014». ISAAA.org. Получено 2016-09-15.
  18. ^ а б Годовой отчет ISAAA за 2013 год Резюме, Глобальный статус коммерциализированных биотехнологических / ГМ-культур: 2013 г. ISAAA Brief 46-2013, последнее посещение - 6 августа 2014 г.
  19. ^ Дарменси Х (август 2013 г.). «Плейотропные эффекты генов устойчивости к гербицидам на урожайность сельскохозяйственных культур: обзор». Наука о борьбе с вредителями. 69 (8): 897–904. Дои:10.1002 / л.с. 3522. PMID 23457026.
  20. ^ Green JM (сентябрь 2014 г.). «Современное состояние гербицидов на гербицидостойких культурах». Наука о борьбе с вредителями. 70 (9): 1351–7. Дои:10.1002 / л.с. 3727. PMID 24446395.
  21. ^ Флейшер С.Дж., Хатчисон В.Д., Наранхо С.Е. (2014). «Устойчивое управление культурами, устойчивыми к насекомым». Биотехнология растений. С. 115–127. Дои:10.1007/978-3-319-06892-3_10. ISBN 978-3-319-06891-6.
  22. ^ «SGK321». База данных одобрения GM. ISAAA.org. Получено 2017-04-27.
  23. ^ Цю Дж (октябрь 2008 г.). «Готов ли Китай к ГМ-рису?». Природа. 455 (7215): 850–2. Дои:10.1038 / 455850a. PMID 18923484.
  24. ^ Е X, Аль-Бабили С., Клоти А., Чжан Дж., Лукка П., Бейер П., Потрикус I. (январь 2000 г.). «Разработка пути биосинтеза провитамина А (бета-каротин) в (не содержащий каротиноидов) эндосперм риса». Наука. 287 (5451): 303–5. Bibcode:2000Sci ... 287..303Y. Дои:10.1126 / science.287.5451.303. PMID 10634784.
  25. ^ Frist B (21 ноября 2006 г.). "'Герой зеленой революции ». Вашингтон Таймс. Одна из существующих культур, генетически модифицированный «золотой рис», который производит витамин А, уже имеет огромные перспективы для снижения слепоты и карликовости, возникающих в результате диеты с дефицитом витамина А.
  26. ^ Блэк Р. Э., Аллен Л. Х., Бхутта З. А., Колфилд Л. Е., де Онис М., Эззати М. и др. (Январь 2008 г.). «Недоедание матери и ребенка: глобальные и региональные воздействия и последствия для здоровья». Ланцет. 371 (9608): 243–60. Дои:10.1016 / S0140-6736 (07) 61690-0. PMID 18207566. S2CID 3910132.
  27. ^ Хамфри Дж. Х., Вест КП, Соммер А (1992). «Дефицит витамина А и соответствующая смертность среди детей младше 5 лет». Бюллетень Всемирной организации здравоохранения. 70 (2): 225–32. ЧВК 2393289. PMID 1600583.
  28. ^ Пейн Дж. А., Шиптон, Калифорния, Чаггар С., Хауэллс Р. М., Кеннеди М. Дж., Вернон Г. и др. (Апрель 2005 г.). «Повышение питательной ценности золотого риса за счет увеличения содержания провитамина А». Природа Биотехнологии. 23 (4): 482–7. Дои:10.1038 / nbt1082. PMID 15793573. S2CID 632005.
  29. ^ «FDA США утверждает, что золотой рис с ГМО безопасен для употребления». Проект генетической грамотности. 2018-05-29. Получено 2018-05-30.
  30. ^ Гасдаска Дж. Р., Спенсер Д., Дики Л. (март 2003 г.). «Преимущества терапевтического производства протеина из водных растений Лемна". Журнал биопроцессинга. 2 (2): 49–56. Дои:10.12665 ​​/ J22.Gasdaska.
  31. ^ (10 декабря 2012 г.) "Инженерные водоросли для создания сложного противоракового `` дизайнерского '' препарата" PhysOrg, Проверено 15 апреля 2013 г.
  32. ^ Бюттнер-Майник А., Парсонс Дж., Жером Х., Хартманн А., Ламер С., Шааф А. и др. (Апрель 2011 г.). «Производство биологически активного рекомбинантного человеческого фактора H в Physcomitrella». Журнал биотехнологии растений. 9 (3): 373–83. Дои:10.1111 / j.1467-7652.2010.00552.x. PMID 20723134.
  33. ^ Баур А., Рески Р., Горр Г. (май 2005 г.). «Повышенное восстановление секретируемого рекомбинантного фактора роста человека с использованием стабилизирующих добавок и совместной экспрессии человеческого сывороточного альбумина в мхе Physcomitrella patens». Журнал биотехнологии растений. 3 (3): 331–40. Дои:10.1111 / j.1467-7652.2005.00127.x. PMID 17129315.
  34. ^ а б Хаммонд Дж., МакГарви П., Юсибов В. (2012-12-06). Биотехнология растений: новые продукты и приложения. Springer Science & Business Media. стр.7–8. ISBN 9783642602344.
  35. ^ Börnke F, Broer I (июнь 2010 г.). «Адаптация метаболизма растений к производству новых полимеров и платформенных химикатов». Текущее мнение в области биологии растений. 13 (3): 354–62. Дои:10.1016 / j.pbi.2010.01.005. PMID 20171137.
  36. ^ Lehr F, Posten C (июнь 2009 г.). «Закрытые фотобиореакторы как инструменты для производства биотоплива». Текущее мнение в области биотехнологии. 20 (3): 280–5. Дои:10.1016 / j.copbio.2009.04.004. PMID 19501503.
  37. ^ "Агбиобезопасность УНЛ для преподавателей". agbiosafety.unl.edu. Получено 2018-12-18.
  38. ^ Технологическая платформа Protalix В архиве 27 октября 2012 г. Wayback Machine
  39. ^ Гали Вайнреб и Коби Йешаяху для Globes 2 мая 2012 г. "FDA одобряет лечение Проталиксом Гоше В архиве 29 мая 2013 г. Wayback Machine"
  40. ^ Конча С., Каньяс Р., Макуер Дж., Торрес М.Дж., Эррада А.А., Джаметт Ф., Ибаньес С. (май 2017 г.). "Профилактика заболеваний: возможность расширить производство пищевых вакцин на растительной основе?". Вакцина. 5 (2): 14. Дои:10.3390 / Vacines5020014. ЧВК 5492011. PMID 28556800.