УЧЕБА и НАУКА /Гены, при помощи которых можно улучшить декоративные свойства растений.. Физиология растений. Семинар3
Курс Физиология растений
в проекте Открытое образование (раздел курсы МГУ). Чуб Владимир Викторовичович
Доктор биологических наук , профессор специализированного учебно-научного центра имени А.Н. Колмогорова (СУНЦ МГУ)
Должность: директор ботанического сада МГУ, профессор кафедры физиологии растений биологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова
(страница создана 13.09.2021)
1. Задание к Семинару № 3:
Укажите гены, при помощи которых можно улучшить декоративные свойства растений. Как именно изменятся декоративные качества при мутациях в этих генах?
Срок выполнения задания: 27.11.2019 (18:00) – 04.12.2019 (18:00).
оценка: 15 из 15 возможных баллов
ТЕКСТ СЕМИНАРА:
_______________
ВОПРОС
При инфицировании природными штаммами Agrobacterium tumefaciens в составе Т-ДНК в геном растения переносятся онкогены iaa M, iaaH и iptZ. Предположите и сделайте обоснование: как изменится рост опухолей, если у агробактерий произойдут мутации с потерей функций:
а) гена iaaM;
б) гена iaaH;
в) гена iptZ;
г) генов iaaM, iaaH и iptZ одновременно.
Допустим, что перед вами поставлена задача вырастить растительные клетки, трансформированные Т-ДНК для последнего случая. Какие дополнительные гены нужно встроить в Т-ДНК агробактерий, чтобы это удалось? Как после трансформации вырастить трансгенные клетки?
ОТВЕТ
Для создания растений с заданными свойствами в настоящее время используется Т-ДНК-инсерционный мутагенез. В общем виде метод заключается в том, что в зависимости от задач исследований используют разные варианты агробактериальных векторов, полученных на основе Ti-плазмиды A. Tumefaciens. Самый распространенный вариант – получение рецессивных мутаций, трансформация с использованием векторов, область Т-ДНК которых содержит только селективный маркер. При трансформации растений Т-ДНК встраивается случайным образом в геном растения. Обычно это вызывает нарушение работы гена и приводит к потере выполняемой им функции.
После того как обнаружена мутация для дальнейших экспериментов выбирают растение, в котором транспозон прекращает перемещения и находится в исследуемом гене, то есть маркирует его. В той же семье, где был обнаружен мутант отбирают растения, которые не имеют маркеров Т-ДНК области, в состав которой входит источник транспозазы. В качестве негативных условных селективных маркеров Т-ДНК часто используют ген IAAH, кодирующий гидролазу индолацетамида, который делает растения чувствительными к аналогу гербицида - нафтален-ацетоамину (NAM). В проростках в присутствии NAM выживают те, которые не содержат в геноме ген IAAH, а следовательно и Т-ДНК.
Как может изменится рост опухолей если у агробактерий будут выключены отдельные гены.
Ген iaaM 1 кодирует триптофан-2-монооксигеназу, она обычно переводит триптофан в индо-лилацетамид. Ген iaaH 2 кодирует гидролазу, которая превращает индолилацетамид в ауксин – индолил-3-уксусную кислоту (ИУК).
Совместная деятельность продуктов этих двух генов обусловливает появление в растениях измененного пути образования природного ауксина, что в целом приводит к изменению количества ауксина в клетках растения.
В «Соровском образовательном журнале» ТОМ 6, №10, 2000 приведен пример векторной системы и как она действует при выключении генов.
«Векторная система на основе Ti-плазмиды должна:
1) содержать сигналы, необходимые для переноса и стабильной интеграции в ядерную ДНК растений; систему для экспрессии чужеродных генов в растениях (узнаваемый растительными полимеразами промотор), маркер, который необходим для селекции;
2) не содержать онкогенов, то есть генов, которые подавляют дифференцировку растительных клеток. Второй пункт достигается с помощью транспозонного мутагенеза (транспозон – последовательность ДНК, способная перемещаться по геному). В результате введения транспозона в Т-ДНК можно выключить гены, которые приводят к опухолеобразованию (iaaM, iaaH, ipt), что не отражается на механизме переноса Т-ДНК. Обычно используют бактериальные транспозоны (Tn5, Tn7). При этом снимается блок с процессов регенерации» (сокращено).
В этой же статье приведен пример того как реагирует растение при выключении одного из генов. Таких реакций возможно множество в зависимости от того в какой части растения происходит реакция.
«Получение трансгенных растений с комбинацией определенных генов, например только iaaM или ipt . Оказалось, что плоды трансгенных растений с геном iaaM, находящимся под промотором гена Def (ген, который экспрессируется только в плодах), являются партенокарпическими, то есть сформировавшимися без опыления. Плоды характеризуются либо полным отсутствием семян, либо очень небольшим их количеством, что позволяет решить проблему “лишних косточек”, например в арбузе, цитрусовых, кабачках»(сокращенно) .
Таким образом образования раковых опухолей при инфицировании связанном с гормональным балансом удается избежать. Механизм получения трансгенных растений основан на изменении функции инфекции. Обычно она такова:
ОБЩИЙ МЕХАНИЗМ ИНФИЦИРОВАНИЯ РАКОВЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ РАСТЕНИЙ
группами агробактерий. Агробактерия поражает растение, с симптомами разрастания клеток. Заболевания называется «корончатым галлом». Многочисленно разветвленный из неорганизованно растущей ткани галл даже после уничтожения агробактерии продолжает свой рост так как причина происходящего - перестройки внутри растения.
Инфекционные свойства обусловлены крупной плазмидой, содержащееся внутри клеток агробактерий называемой Ti-плазмида.
Она содержит два функциональных района. Это vir-область, обеспечивающая патогенные свойства бактерий и Т-район. С помощью белков vir-области Т-район вырезается из плазмиды, копируется и дальше встраивается в клетки растений.
МЕХАНИЗМ ТРАНСФОРМАЦИИ
Растения получают повреждения оболочки. За этими повреждениями следит белок -рецептор агробактерий Vir.A. Он взаимодействует с соответствующим фактором транскрипции Vir.G.
В месте повреждения выделяются фенольные вещества, например ацетосирингон. Он взаимодействует со своим рецептором и тот передает сигнал на фактор транскрипции, который в свою очередь включается и активирует всю vir-область и там появляются продукты белков, которые кодируются генами vir-области.
Белки VirD1 и VirD2 узнают концевые повторы в 25 пар нуклеотидов слева и справа от Т-района. Эти белки надрезают ДНК в этом месте и выстригают одну из нитей ДНК Т района.
VirD2 оказывается ковалентно связанным с 5-штрих концом этого фрагмента. VirЕ2 перемещается в клетки растения и образует комплекс с одноцепочечной ДНК. Это защищает ее от ферментной системы растительной клетки.
Белки VirB образуют сложные мембранные комплексы, которые позволяют переносить как ДНК из клетки бактерии в клетку хозяина так и белки. Т е Белки VirB района образуют канал для переноса комплекса Т-ДНК + VirD2, VirЕ1 и VirЕ2 через мембрану.
ПРИМЕРЫ ВИДОВ АГРОБАКТЕРИЙ И ЗАБОЛЕВАНИЙ
Происходит изменение генома растений. Разные виды агробактерий поражают больший или меньший круг хозяев, в основном это двудольные. Широкий круг хозяев поражает A. tumefaciens возбудитель «корончатого галла», A. Rhizogenes вызывает эффект бородатого («косматого») корня, A. Rubi (Rubus idaeus), вызывает рак корня малины, A. Vitis поражает виноград.
Есть непатогенные виды, у которых нет Ti-плазмид, это непатогенные A.radiobacter. Обитатель ризосферы находится на поверхности корней и питается выделениями растений.
ИСТОЧНИКИ
1. Лекции курса
2. СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 6, №10, 2000 . ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ РАСТЕНИЙ. Л. А. ЛУТОВА Санкт-Петербургский государственный университет
3.Хелдт Г.В. «Биохимия растений» под редакцией Чуба В.В., Носова А.М. (2014)
_______________________
критика
Оценки, выставленные за ваш ответ
-
ИТОГОВАЯ ОЦЕНКА5OUT OF 5 БАЛЛ
-
СРЕДНЯЯ ОЦЕНКА СОКУРСНИКАМИ - 5 БАЛЛОВОтличноСОКУРСНИК 1 - ОТЛИЧНО
По сути-повторение лекционной части
СОКУРСНИК 2 - ОТЛИЧНООтвет основан на материале лекции.
СОКУРСНИК 3 - ОТЛИЧНОотличные лекции
-
-
ИТОГОВАЯ ОЦЕНКА5OUT OF 5 БАЛЛ
-
СРЕДНЯЯ ОЦЕНКА СОКУРСНИКАМИ - 5 БАЛЛОВОтличноСОКУРСНИК 1 - УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОСОКУРСНИК 2 - ОТЛИЧНО
Много примеров из двух источников.
СОКУРСНИК 3 - ОТЛИЧНОзамечательно
-
-
ИТОГОВАЯ ОЦЕНКА5OUT OF 5 БАЛЛ
-
СРЕДНЯЯ ОЦЕНКА СОКУРСНИКАМИ - 5 БАЛЛОВОтличноСОКУРСНИК 1 - ХОРОШО
К сожалению,повторение лекций. Предполагается,что слушатели посмотрели лекции и их не нужно пересказывать,только выбрать необходимые элементы,отвечающие на вопрос. Есть неточности: "Для создания декоративных растений в основном используется система генетической регуляции морфогенеза или другими словами генетический контроль развития цветка"-морфогенез-не равно только развитию цветка. Это развитие любого органа растения(лист,корень,стебель и тд) "Разметкой пространства под отдельные органы цветка занимается система кадастральных генов. Она определят взаимное расположение чашелистиков, лепестков, тычинок и пестиков. В редких случаях тоже используется для декоративных преобразований исследователями"-мутации кадастральных генов используются довольно часто,например,большинство махровых растений-мутанты кадастральных генов.
СОКУРСНИК 2 - ОТЛИЧНОРассуждения интересны.
СОКУРСНИК 3 - ОТЛИЧНОхорошо
-
-
-
СОКУРСНИК 1
Спасибо
СОКУРСНИК 2Спасибо за сопоставление двух источников информации. Это интересно.
СОКУРСНИК 3
-
__________ВСЕ КУРСЫ И СЕРТИФИКАТЫ ____________
я получила 5 сертификатов Московского Государственного Университета в проекте Открытое образование, чтобы не писать совсем уже ненаучную ересь, они доступны по ссылкам
Физиология ЦНС (центральной нервной системы) , экзамен - июнь 2018 года сертификат с отличием
Основы астрономии - экзамен - июнь 2018 года, с отличием
Нейрофизиология поведения -экзамен - декабрь 2018 года, с отличием Огромная благодарность куратору курса.(она же куратор Физиологии ЦНС) -Аника Абрамова )
Биофизика - сертификат, экзамен - май 2019 года. Курс сложный, считаю, что не знаю его даже на те баллы, которые получены на экзамене. Просто повезло. Огромная благодарность куратору курса - Эвелина Никельшпарг.. Продолжаю изучать это направление по учебникам.
Язык, культура и межкультурная коммуникация - сертификат - июнь 2019 года, Курс очень простой, но экзамен был в диких условиях, пришлось отвечать на вопрос за секунды, после каждого вопроса система грузилась минутут и это считалось временем ответа, в итоге все вопросы даже не были загружены я их не увидела и все они были помечены как не отвеченные соответственно никакого сертификата с отличием нет. По этому направлению, я думаю, знаю на порядок больше чем в материалах курса.
Физиология растений в который входит биохимия, цитология, генетика, гистология растений(строение тканей) Собственно для меня это четыре курса одновременно. Самый интересный и самый сложный материал из всего пройденного в проекте, самое лучшее его структурирование и оформление.
Сертификат не получала, экзамен вначалебыл мной отложен, а потом так и не сдавался по причине проблем с сердцем (вероятно мне больше нельзя сдавать экзамены, возможно в будущем это изменится). Но два из трех семинаров этого курса были сданы на отлично, поэтому приведены в качетстве примера в этой серии страниц
