bitki bitki biyoteknolojisi biyoteknolojisi ve ve...
TRANSCRIPT
Bitki Bitki BiyoteknolojisiBiyoteknolojisi ve ve Açılımları Açılımları
Doç. Dr. Tijen Talas-OğraşTÜBĐTAK - Marmara Araştırma Merkezi
Gen Mühendisliği ve Biyoteknoloji Enstitüsü
Açılımları Açılımları YIBOYIBO--20092009
BĐYOTEKNOLOJĐ
Biyoteknoloji; ürün oluşumu için biyolojik sistemlerin kullanıldığı teknolojik uygulamalar.• Ekmek, bira, yoğurt, peynir yapımı ve geliştirilmesi
Modern biyoteknoloji: rekombinant DNA teknolojisi kullanılarak üretim sürecinin hızlı ve güvenli olarak uygulanması.uygulanması.• Aşı üretimi
Alanları: hücre ve doku kültürü, moleküler biyoloji, mikrobiyoloji, genetik, fizyoloji, biyokimya,bilgisayar mühendisliği
Kültüre almaMelezlemeMutasyon ve seleksiyonHücre kültürüSomaklonal varyasyonEmbriyo kurtarılması
2.000 MÖ19.yyerken 20.yyOrta 20.yy19301940
Bitki Teknolojisinin Tarihsel Gelişimi
3
Embriyo kurtarılmasıPoliembriyogenezAnter kültürüRekombinant DNAMarkır ile seçimGenomikProteomikMetabolomikSistem Biyoloji
1950197019801980199020002010
1800-1900 : Temel çalışmalar 1900-1953 : Genetik1953- 1976: DNA araştırmaları, bilimsel patlama1977- 2008: Modern biyoteknoloji
Biyoteknoloji Tarihi
1865 - Gregor Mendel (1822 - 1884) “Faktörler nesilden nesile aktarılır”.
1943-1953 Đlk biyoteknolojik üretimi; kortizon
laboratuvarda hayvan hücreleri üretildi
1953 DNA’nın keşfi; James Watson, Francis Crickmoleküler biyoloji ve genetik araştırmalarda patlama
Biyoteknolojideki gelişim
1966 Genetik kodun şifresi çözüldü (M.Nirenberg, H.Mathaei, S. Ochoa)
1972 ilk rekombinant DNA molekülünün oluşturulması (Paul Berg), restriksiyon enzimleri, ligaz enziminin kullanımı
1972 rekombinant DNA çalışmaları için kılavuz hazırlandı (NIH: Amerika Ulusal Sağlık Enstitüsü)
1978: rekombinant DNA teknolojisi ile insan insülin geni bakteriye aktarıldı, üretimi başarıldı (Genentech)(tanı ve tedavi edici moleküllerin üretiminde DNA dizileme (tanı ve tedavi edici moleküllerin üretiminde DNA dizileme ve klonlama teknikleri ile hızlandı).
1977: ilk insan proteini bakteride üretildi Genentech, somatostatin, insan büyüme hormonu
1985 böcek, virüs ve bakteriye dirençli GD bitkilerin ilk alan denemeleri yapıldı. Đnsanlarda gen terapisi denemeleri ile ilgili rehber onaylandı (NIH)
1986: ilk rekombinant aşı onaylandı (hepatit) (FDA)Đlk transgenik tütün bitkisinin ekimi onaylandı (EPA) Đlk transgenik tütün bitkisinin ekimi onaylandı (EPA)
1994 transgenik gıda ürünü, “Flavr Savr” domates onaylandı (FDA)
Bitkilerin önemi:
• Yeryüzündeki birincil üreticilerdir, birincil besin kaynağıdır
• Havadaki oksijen dengesini sağlarlar• Havadaki oksijen dengesini sağlarlar
• Çevre dengelerini düzenlerler
• Erozyonu önlerler
• Sessiz fabrikalardır; tıp, kağıt, boya, kozmetik vb. sanayi uygulamalarında ve enerji alanında kullanılırlar.
Bitki biyoteknolojisinin alanları:
•Bitki doku kültürü
•Bitkilere gen aktarımı•Bitkilere gen aktarımı
•DNA parmak izi çalışmaları
Genetik mühendisliği:Genler ile taşınan DNA bilgisinin farklı bir hücreye/organizmaya aktarım işlemidir.
Neden gen aktarımı yapılır?
• Bir kimyasal üretiminde• Organizmanın özelliklerinin değiştirilmesi
Genetik Yapısı Değiştirilmiş Organizma (GDO, GMO):Doğal süreçler ile elde edilmesi mümkün olmayan yeni özellikler kazandırılmış organizma
GDO’ların Tarımsal Alandaki Avantajları:• Tarımsal ilaç kullanımında azalma
• Verimde artış
•Uygun olmayan iklim ve toprak koşullarında bile •Uygun olmayan iklim ve toprak koşullarında bile
ürün alınabilme
• Tarımsal ilaç kullanımında azalma
• Herbisit ve böceklere karşı dayanıklılık
sağlanması
• Azot fiksasyonu ve ürün miktarının geliştirilmesi
• Geç olgunlaşma, raf ömrünün uzatılması
Genetik Modifikasyonların Hedefleri
• Geç olgunlaşma, raf ömrünün uzatılması
• Besinsel özelliklerin geliştirilmesi
• Kısır bitki üretimi
• Verimde artış
•Çevresel koşullara tolerans (kuraklık, tuzluluk)
Uygun olmayan iklim ve toprak koşullarında bile ürün alınabilme
Genetiği değiştirilmiş ürünlerin avantajları:
Hayvansal üretimde: - Daha kaliteli et, süt, yumurta verimi- Hayvan sağlığı ve tanı ile ilgili yöntemleringeliştirilmesigeliştirilmesi
Çevre için:- Tarım ilacı kullanımının azaltılması- Toprak, su ve enerjinin korunması- Doğal atıkların değerlendirilmesi- Orman ürünlerinin daha etkin işlenmesi
•Böceklere toleranslı bitkiler insektisit kullanımını azaltabilir.
• Đşçilikten tasarruf sağlanabilir
• Đşçi sağlığı korunabilir
Böceklere/ yabancı ot ilaçlarına toleranslı transgenik bitkilerin avantajları:
• Đşçi sağlığı korunabilir
•Etkili bir yabancı ot mücadelesi yapılabilir
•Mısırda Fusarium kaynaklı mikotoksinler azalmaktadır (Munkvoldve ark. 1999).
DNA (deoksiribonükleik asit)
DNA kromozom içinde sıkıca paketlenmiştir:
DNA’nın agaroz jelde görüntülenmesi:
DNA parmakizi profilleri
Anne Çocuk Erkek
DNA parmakizi:
Hayvanlara gen aktarımı
• Çıplak DNA ‘nın aktarımı
Mikro enjeksiyon, elektroporasyon
•Virüs ile yönlendirilen gen aktarımı•Virüs ile yönlendirilen gen aktarımı
DNA mikroenjeksiyonu ile transgenik fare eldesi
Gen aktarımı için vektör hazırlığı
Bitkilerde genetik mühendisliği
Bakteri
Bakteri DNA’sı Gen
Bitki hücresi
24Hücre bölünmesiTransgenik bitki
Transformasyon• Agrobacterium• Biyolistik• Elektroporasyon
� Toprakta yaşayan gram negatif bir bakteri,
� Doğal genetik mühendisi,
� A. rhizogenes- saçak kök hastalığı
� A. tumefaciens- dikotillerde taç tümörü hastalığı
Agrobacterium
Biyolistik ile bitkilere gen aktarımı:
Elektroporasyon ile gen aktarımı:
DNA ‘nın elektrik akımı ile hücre zarından içeri alınması
27
Gen aktarımında kullanılan çeşitli bitkisel formlar:
Bitki doku kültürü
Aseptik şartlarda yapay bir besin ortamında hücre, doku veya organ gibi bitki kısımlarından yeni doku, bitki veya bitkisel ürünlerin yeni doku, bitki veya bitkisel ürünlerin üretilmesidir.
•Makro elementler (azot, fosfor,sodyum,
magnezyum, kükürt, vb.)
•Mikro elementler (demir, manganez, çinko,
bakır, vb.)
•Vitaminler (tiamin, nikotinik asit, vb.)
•Şekerler (sakkaroz, glikoz, vb.)
Besin ortamı bileşenleri
•Şekerler (sakkaroz, glikoz, vb.)
•Jel yapıcı maddeler (agar, fitajel, jelatin, vb.)
•Amino asitler (glisin, arginin, vb.)
•Bitki büyüme düzenleyicileri
• Yeni çeşit geliştirmek ve mevcut çeşitlerde genetik
çeşitlilik oluşturmak, türler arası melezlemeler
• Kaybolmakta olan türlerin korunması
• Çoğaltılması zor olan türlerin üretimi
(mikroçoğaltım)
Bitki doku kültürünün bitki ıslahındaki uygulama alanları
(mikroçoğaltım)
� Gen aktarımı
� Sekonder metabolit üretimi
� Sentetik tohum üretimi
Bitki Doku kültürü
Paulownia elongata internod eksplantlarındandirekt somatik embriyo gelişimi
Pamuk embriyolarının doku kültüründe gelişimi
Doku Kültüründe Kavak
Doku kültüründe geliştirilen kavak bitkisi:
Yeni nesil transgenik bitkiler (2005-2015):
• Bitkilerde aşı üretimi• Đşlevsel gıdalar ve bitkisel ilaçlar• Aroma ve tadın değiştirilmesi
• Alerjik etkilerin ortadan kaldırılması• Fitoremediasyon uygulamaları• Bitkilerde plastik ve polimer üretimi
Bitki Biyoteknolojisinin Gelişim Evreleri
Agronomik özellikler
Kalite özellikleri
Bitkisel fabrikalar
Değ
er Bitkisel fabrikalar
Yenilenebilir kaynaklar
Biyodizel uygulamaları
Modern Biyoloji, Moleküler Genetik
Fenotip Genotip/genler/DNA(kalıtım bilgisi)
Genomik(tüm gen bilgisi)Đyileştirilmiş
ürünler
Gen RNA Proteinler Metabolitler Organizma
Genotip Fenotip
Genomikten geliştirilmiş tahıllara
Genomik platform1. Faz
(Ters genetik)
DNA haritaTranskriptom
Proteom Metabolom
Profil
2. Faz: Geliştirilmiş tahıllar
Moleküler ıslah, transgenik tahıllar (yeni özellikler)
Genetiği Değiştirilmiş Organizmaların
Tanı Yöntemleri:
• DNA’ya dayalı yöntemler
- Klasik, gerçek zamanlı PCR
- Mikroarray (DNA “chip”)
• Proteine dayalı yöntemler
- ELISA- ELISA
- Şerit testler
- Western blot
• Herbisit uygulaması
• Yeni teknolojiler: transkriptomik, proteomik ve metabolomik analizleri
Tanı analizinde gereksinimler;• Hedef moleküller; DNA veya protein
• Yardımcı moleküllerDNA için primer ve probProtein için antikorProtein için antikor
• Referans materyalPozitif ve negatif kontrolMiktar tayini için kalibre edici materyal
GDO veya GDO içeren ürünlerin analizi:
• Analiz için örnek alınması
• Örneğin homojenize edilmesi
• DNA, RNA veya protein izolasyon
- DNA’ya dayalı yöntemler (PCR)
- RNA’ya dayalı yöntemler (RT- PCR)
- Proteine dayalı yöntemler
- Yeni teknolojiler
• Molekülün belirlenmesi (boyut, renk, hibritleme...)
• GMO’nun miktarının belirlenmesi
• Sonuçların yorumlanması
DNA izolasyonu
Örnek
500400300200
100
Baz
çifti
(bp)
180 bp
DNA izolasyonu
DNA çoğaltımı
Elektroforez
Sonuç
Proteine dayalı GDO tanı teknikleri:
- ELISA
- Şerit test
- Western blot- Western blot
Kağıt şeritlerde immünokromatografikGDO analizi:
- 10 dakika içinde yanıt oluşur
Đmmünokromatografik GDO analizi:
Böceklere dayanıklı ürünler
Raf ömrü uzatılmış domates
Gray ve ark.1992
Süs bitkilerinde yapılan genetik değişimler
• Genin belirlenmesi, klonlama 1-3 yıl• Vektör hazırlama 1 yıl• Gen aktarımı 1-2 yıl• F1 eldesi 1 yıl• F1’lerin test edilmesi 1 yıl
Transgenik Tohum Oluşturma Aşamaları:
• F1’lerin test edilmesi 1 yıl• Genetik melezleme 1 yıl• Lab. ve tarla denemeleri,
risk analizleri 3-6 yıl• Ticarete sunum 1 yıl
Toplam 10- 16 yıl
Đnsan tedavisinde kullanılan ilaçların transgenik bitkilerde üretimine yönelik çalışmalar:
•Kistik fibrosis ve karaciğer hastalıklarında kullanılan ά-1-
antitripsin proteininin çeltik bitkisinde, Gaucher hastalığında kullanılan ve insan plasentasından elde hastalığında kullanılan ve insan plasentasından elde edilen glukoserebrosidazis tütün bitkisinde üretilmiştir.
• “Yakın bir gelecekte yüksek fiyatlarla satılan ilaçlar, düşük maliyetlerle bitkilerde üretilebilecektir. “
Bitki hücrelerinde rekombinant protein üretimi
GDO’ya tepkiler/ olası riskler:
• Gıda güvenliği ve etik ile ilgili kaygılar
• Çevresel etkiler (genetik erozyon,
gen kaybı)
• Küreselleşme (tekelleşme)
Halkınbunu nasıl karşılayacağını merak ediyorum?
• Şeffaflık ve bilgi eksikliği
• Politik güven eksikliği
• Ekonomik, ticari kaygılar
• Sosyo-ekonomik yapı
ediyorum?
Genetiği değiştirilmiş tarım ürünleri veya
bunların türevlerini içeren gıda ürünleribunların türevlerini içeren gıda ürünleri
zararlı mı?
Kişisel genomik test (399$) -2008’in en iyi 50 keşfi
600,000 genetik markırın tanımlanması ve tanısı90 özellik ile ilgili yatkınlık.
Çeşitli kanserlereyakalanma yüzdesi…
Evrensel tohum saklama kasası, Kuzey Avrupa Norveç
4.5 milyon tohum örneği, - 18 oC
