VL Einführung in die Gentechnologie Thema Pflanzengentechnologie. Erwin R. Schmidt Institut für Molekulargenetik Vorlesung #

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1 VL Einführung in die Gentechnologie Thema Pflanzengentechnologie Erwin R. Schmidt Institut für Molekulargenetik Vorlesung #

2 Pflanzengentechnologie Ein natürlicher Helfer für die Pflanzengentechnologie ist das Bakterium Agrobakterium tumefaciens Tumorgallen durch A. tumefaciens

4 Pflanzengentechnologie A. tumefaciens injiziert die T-DNA in die Pflanzenzelle, um sie zu mehr Wachstum anzuregen

5 Pflanzengentechnologie DNA-Transfer mit Hilfe von Agrobakterium tumefaciens

7 How Agrobacterium genetically transforms plants. From the following article: Agricultural biotechnology: Gene exchange by design Stanton B. Gelvin:Nature 433, (10 February 2005)

9 Typischer Pflanzenvektor auf der Basis des Agrobakterium tumefaciens Ti-Plasmids

10 Quelle: Agrobacterium-mediated transformation of the filamentous fungus Aspergillus awamori Caroline B Michielse, Paul J J Hooykaas, Cees A M J J van den Hondel & Arthur F J Ram Nature Protocols 3, (2008) Published online: 2 October 2008 doi: /nprot

11 The Agrobacterium strain used for transformation carries two plasmids. A nononcogenic disarmed tumor-inducing plasmid (Ti plasmid) containing the virulence (vir) genes, but lacking the T-DNA region. The T-DNA region is present on a second plasmid, the binary vector. The selection marker in the binary vector used in this study is the kanamycin resistance gene (kan r ) (Table 2). DNA sequences to be transformed are cloned between the left and right border sequences of the T-DNA region and transferred to the host. The Ti-plasmid used for A. awamori described in this protocol is (ptib6), which contains the spectinomycin-resistance gene (spc r )

12 Funktionen der wichtigsten Vir-Gene Locus Gene Funktion Mutantenphänotyp A 1 Histidinsensorkinase avirulent B 11 Proteinkomplex für den Transfer der T-DNA aus dem Bakterium in die Pflanzenzelle avirulent G 1 Transkriptionsaktivatorprotein avirulent C 2 Verstärkung der VirD1/D2-Wirkung attenuiert D 4 D1: Topoisomerase D 2: Endonuklease/Nukleäres Targetsignal avirulent E 2 E1: Chaperon für VirE2-Transport E 2: Einzelstrang-Bindeprotein für T-DNA

13 Interaktion zwischen Bakterium und Pflanzenzelle Quelle (Zhu J et al [2000] J Bacteriol 182: )

18 Veränderte Blütenfarben: die blaue Nelke moon dust No Blue Carnation Moon dust released in Japan nationwide - The one and only Blue Carnation in the world -

22 Amflora: Kartoffel der BASF Amylosefrei durch Antisense gegen Granule Bound Starch Synthase (GBSS) Stärkekörner aus normaler Kartoffel Stärkekörner aus Amflora Amylose färbt sich mit Jod blau

23 Zwiebelschneiden ohne Tränen: knock down des Gens für lachrymatory-factor synthase

26 Umweltschutz: Bodendekontamination durch transgene Pappeln: Überexpression des Gens P450 2E1(aus Kaninchen) zur Entgiftung von Trichlorethylen, Chloroform und Benzen Enhanced phytoremediation of volatile environmental pollutants with transgenic trees: Sharon L. Doty*, C. Andrew James, Allison L. Moore, Azra Vajzovic*, Glenda L. Singleton*, Caiping Ma, Zareen Khan*, Gang Xin, Jun Won Kang*, Jin Young Park, Richard Meilan, Steven H. Strauss, Jasmine Wilkerson**, Federico Farin**, and Stuart E. Strand* PNAS 104, Oct

27 Trockenheitsresistenz durch Überexpression des Isopentenyltransferase-Gens (IPT-Gen9 unter dem Trockenstress.induzierbaren Promotor des Senescence associated receptor protein kinase Gens ( SARK-Promotor)- --steigert Cytokininproduktion Delayed leaf senescence induces extreme drought tolerance in a flowering plant Rosa M. Rivero*, Mikiko Kojima, Amira Gepstein, Hitoshi Sakakibara, Ron Mittler, Shimon Gepstein, and Eduardo Blumwald* *Department of Plant Sciences, University of California, Davis, CA 95616; RIKEN Plant Science Center, Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama, Kanagawa , Japan; Department of Biology, Technion, Haifa 32000, Israel; Department of Biochemistry and Molecular Biology, University of Nevada, Reno, NV ; and Department of Plant Science, Hebrew University of Jerusalem, Jerusalem 91905, Israel PNAS, Dec 2007, 104,

Impfen mit Obst In the US at Cornell University, GM tomatoes are being developed as a vaccine against the Norwalk virus which causes severe diarrhoea.

30 Impfen mit Obst In the US at Cornell University, GM tomatoes are being developed as a vaccine against the Norwalk virus which causes severe diarrhoea. The tomatoes produce a protein identical to one that normally sits on the outside of the virus. Mice who ate them developed an immune response to the virus. Another study showed raw GM potatotes triggered a similar immune response in human volunteers. The team are also working on transgenic bananas. However, bananas are much harder to engineer and have not yet been show to accumulate antigens in the fruit.

31 Vorteile transgener Pflanzen aus Umweltschutzperspektive Art der Genveränderung Herbizidtoleranz Insektenresistenz Pilzresistenz (z.b. Mehltau) Virusresistenz Nematodenresistenz Trockenheittoleranz Salztoleranz Citratüberproduktion u.a. Ozontoleranz (Superoxiddismutase) Gewinn Weniger Herbizid (weniger schädlich)? Weniger oder keine Insektizide Weniger oder keine Fungizide weniger Insektizide, Fungizide etc Weniger Nematizide (z.b. Organophoshate) Weniger Bewässerung, neue Anbauflächen Neue Anbauflächen; mehr freie Flächen für Naturschutz? Entgiftung von verseuchten Böden Verbesserung des Stadtklimas;

38 Freisetzungen Deutschland/Pflanzen/Jahre

39 Freisetzungen in den USA

41 Umfassende Datenbanken aller GVO- Freisetzungen nopsis n_status.html /DE/Home/biolsich/gentechnik/Tab Diagr t abelle.html

42 Inverkehrbringen (kommerziell zugelassene Pflanzen) Stand April 2004 Kulturpflanzen Herbizid- Resistenz männlic he Sterilität Insekten- Resisten z Metabolismus- Veränderunge n GVO Total EU Antragsländer Raps FR, GB, BE, DE, NL Mais FR, GB, NL, ES, DE Chicorée NL Zucker-, Futterrübe DK, DE Reis GB Tabak FR Sojabohne GB Kartoffel NL, SE Tomate ES Baumwolle ES, NL Nelke NL GVO gesamt: 42 (teils mehrere Eigenschaften in einem GVO) EU

50 Gesetz zur Regelung der Präimplantationsdiagnose (1) Wer Zellen eines Embryos in vitro vor seinem intrauterinen Transfer genetisch untersucht / / wird mit Freiheitsstrafe bis zu einem Jahr oder mit Geldstrafe bestraft (2) Besteht aber auf Grund der genetischen Disposition / / einer schwerwiegenden Erbkrankheit // handelt nicht rechtswidrig

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