Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Zvyšovaacuteniacute konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelstviacute
biologie
CZ1072200150316
BOTBRGMO
Biotechnologie rostlin a GMO
garant Božena Navraacutetilovaacute
přednaacutešejiacuteciacute Božena Navraacutetilovaacute Lenka Švaacutebovaacute cvičiacuteciacute Božena Navraacutetilovaacute Petr Dvořaacutek 20142015 ZS
Ciacutel předmětu navaacutezat na zaacutekladniacute předměty vyacuteuky a rozšiacuteřit znalosti v oblasti biotechnologiiacute zejmeacutena rostlinnyacutech naacutevaznost na předměty - obecnaacute biologie fyziologie rostlin genetika ekologie konfrontace s praxiacute - čaacutest přednaacutešek zajišťuje AGRITEC Šumperk
přednaacuteškycvičeniacute 11 hodtyacuteden blokovaacuteno podle možnostiacute kredity 3 ukončeniacute kolokvium
Přednaacutešky blokovaacuteny (2 - 3hod) Biotechnologie - historie od počaacutetku po současnost členěniacute interdisciplinaacuternost rostlinneacute bdquozeleneacuteldquo biotechnologie (Božena Navraacutetilovaacute UPOL) Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata explantaacutetovyacutech kultur rostlin metody (techniky zachovaacutevajiacuteciacute a techniky zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu rostlin) a jejich aplikace ve šlechtěniacute rostlin (Božena Navraacutetilovaacute UPOL) Využitiacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v zemědělstviacute farmaceutickeacutem průmyslu uchovaacutevaacuteniacute genofondu a fytoremediaci (Božena Navraacutetilovaacute UPOL) Možnosti využitiacute geneticky modifikovanyacutech plodin (Lenka Švaacutebovaacute Agritec Šumperk)
Sylabus a naacutevody botanyupolcz naacutevody sylabus 2014
Kolokvium 10 prosince 2014 Vyhodnoceniacute založenyacutech experimentů rozprava
Vlastniacute prezentace vybraneacute biotechnologie (1 ndash 3 studenti)
Sylabus a naacutevody botanyupolcz naacutevody sylabus 2014
Kolokvium 10 prosince 2014 Vyhodnoceniacute založenyacutech experimentů rozprava
Vlastniacute prezentace vybraneacute biotechnologie (1 ndash 3 studenti)
Cvičeniacute blokace (max 6 studentů ve skupině) naacutevody na www straacutenkaacutech katedry botaniky vyacuteukoveacute materiaacutely httpbotanyupolczmaterialyids[]=311k311 I čaacutest Cvičeniacute - zaacutekladniacute metody explantaacutetovyacutech kultur rostlin (Božena Navraacutetilovaacute) řiacutejen ndash listopad 2014 1 Bezpečnost praacutece a zaacutesady praacutece v aseptickeacutem prostřediacute 2 Sterilizace rostlinneacuteho materiaacutelu naacutestrojů skla a dalšiacutech pomůcek přiacuteprava meacutediiacute 3 Kultivace explantaacutetů pasaacutežovaacuteniacute 4 Mikropropagace rostlin 5 Embryokultury izolace a kultivace embryiacute 6 Prašniacutekoveacute kultury izolace a kultivace prašniacuteků II čaacutest Transgenoacuteze (Petr Dvořaacutek) řiacutejen ndash listopad 2014 Transformace bakteriiacute modrobiacutelaacute selekce pomociacute vektoru s rezistenciacute pro antibiotika
BEZPEČNOST PRAacuteCE
Student je povinen řiacutedit se pokyny vedouciacuteho cvičeniacute - dbaacutet osobniacute bezpečnosti a bezpečnosti svyacutech kolegů v laboratoři
Student je povinen přichaacutezet na praktickaacute cvičeniacute včas seznaacutemen s naacutevodem praktickeacuteho cvičeniacute a doporučenyacutemi pomůckami
Student musiacute byacutet vybaven přezůvkami osobniacute věci (tašku batoh oblečeniacute) si uložiacute na vyhrazeneacute miacutesto ktereacute je zabezpečeno před zcizeniacutem
Před cvičeniacutem si student umyje a desinfikuje ruce určenyacutem desinfekčniacutem prostředkem - OROSEPT 70 etanol
Při praacuteci ve flowboxu student dodržuje zaacutesady pro aseptickou praacuteci desinfekčniacutem roztokem vytře box (ISORAPID) spustiacute box 10 min před zahaacutejeniacutem praacutece dbaacute aby saacutem nebyl zdrojem kontaminaciacute při nachlazeniacute použije roušku udržuje v boxu pořaacutedek
Student dbaacute bezpečnosti při praacuteci s ohněm (lihoveacute kahany)
Student dbaacute bezpečnosti a se zvyacutešenou opatrnostiacute pracuje s řeznyacutemi naacutestroji se sklem lihovyacutem kahanem a s elektřinou
Student zachaacuteziacute se svěřenyacutemi přiacutestroji šetrně jejich zaacutevady ihned hlaacutesiacute vyučujiacuteciacutemu (saacutem neopravuje)
Student hlaacutesiacute veškeraacute poraněniacute vyučujiacuteciacutemu
Po ukončeniacute cvičeniacute student vypne a uklidiacute flowbox uzavře kahan Zbytky rostlinneacuteho materiaacutelu zlikviduje umyje použiteacute sklo
BIOTECHNOLOGIE
- členěniacute interdisciplinaacuternost (mezioborovost)
- historie od počaacutetku po současnost - rostlinneacute bdquozeleneacuteldquo biotechnologie
Použitaacute literatura Bajaj Y P S Somatic hybridization in crop improvement 1994
Callaway D J Callaway M B Breeding ornamental plants Timber Press Oregon 2000
George E F Plant propagation by tissue culture The technology Exegetics Limited Edington 1993
Hall R D Plant cell culture protocols Humana Press Totowa (NJ) 1999
Heldman D R Wheler M B Hoover DG Encyklopedia of biotechnology in agriculture and food CRC Press 2011
Kreuzer H Massey A Biology and biotechnology Science Applications and issues ASM Press Washington DC 2005
Lindsey K Plant tissue culture Manual Kluwer Academic Publishers London 1992
Kučerovaacute P Mackovaacute M Macek T Chemickeacute listy 93 19-26 1999
Murphy D Plants biotechnology and agriculture Cambridge University Press 2011
Ovesnaacute J Kučera L Otaacutezky biologickeacute bezpečnosti GMO a mezinaacuterodniacute zaacutevazky ČR Sborniacutek VUacuteRV Praha 2004
Prochaacutezka S a kolektiv Fyziologie rostlin Academia 1998
Smith R H Plant tissue culture Techniques and experiments Second edition Academic Press 2000
Smith J E Biotechnology Cambridge 2009
Trigiano R N Gray D J Plant development and biotechnology CRC Press 2005
Biotechnologie
Biotechnologie jsou na zaacutekladě Evropskeacute federace pro biotechnologii (EFB) z roku 1981 definovaacuteny jako
bdquoSoubor postupů založenyacutech na technologiiacutech při nichž se využiacutevaacute metabolickeacuteho potenciaacutelu mikroskopickyacutech organizmůldquo Jsou to interdisciplinaacuterniacute obory zahrnujiacuteciacute a využiacutevajiacuteciacute poznatky mikrobiologie biochemie chemie a přiacuteslušnyacutech průmyslovyacutech odvětviacuteldquo wwwscimuniczmikrobkvasbiotechbiotechnologiebiotechnologiehtml
Multidisciplinaacuterniacute povaha (Smith 2009)
Biotechnologie podle definice OECD představuje aplikovaacuteniacute vědeckyacutech a technologickyacutech metod na živeacute organismy a jejich čaacutesti produkty nebo modely za uacutečelem přeměny živyacutech i neživyacutech materiaacutelů pro vytvaacuteřeniacute znalostiacute zbožiacute a služeb
z řečtiny bios + techne + logos
život + dovednost + znalost
staraacute definice
novaacute definice
OECD Organizace pro ekonomickou spolupraacuteci a rozvoj Organisation for Economic Co-operation and Development
Biotechnologie
BIOTECHNOLOGIE novyacute nebo staryacute vynaacutelez biotechnologie průmysloveacute zemědělskeacute leacutekařskeacute biotechnologie mikrobiaacutelniacute živočišneacute rostlinneacute obsah i dosah
biologickyacute psychologickyacute ekonomickyacute ekologickyacute (postoj Amišů ndash meacuteně pesticidů neniacute v rozporu s jejich životniacutem stylem rizika při uvaacuteděniacute do životniacuteho prostřediacute) etickyacute - oteviacuteraacuteme bdquoPandořinu skřiacutenkuldquo
- věda jako zachraacutence nebo nepřiacutetel lidstva
odpor GMO plodinaacutem potravinaacutem
akceptovatelneacute rezistentniacute plodiny k herbicidům
BIOTECHNOLOGIE - rozvoj 21 stoletiacute - integrovanaacute aplikace přiacuterodniacutech a inženyacuterskyacutech věd - ciacutelem je využitiacute organismů a čaacutestiacute organismů k vyacuterobě produktů nebo použitiacute různyacutech metod (postupů)
ČLENĚNIacute PODLE ODVĚTVIacuteZAMĚŘENIacute ČERVENAacute BIOTECHNOLOGIE (mediciacutena a farmacie) - leacutekařstviacute je považovaacutena za nejdůležitějšiacute oblast použitiacute - biotechnologickeacute postupy rostouciacute roli při vyacutevoji novyacutech leacuteků (např k leacutečbě rakoviny) diagnostice (DNA) využitiacute kmenovyacutech buněk při leacutečbě zaacutevažnyacutech chorob
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute) bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti proti hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - vyacuteznam genoveacute techniky kteraacute je zaacutekladem pro přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jineacute rostliny a umožňuje vyacutevoj odolnosti vůči hellip
ŠEDAacute BIOTECHNOLOGIE (životniacute prostřediacute-environmentaacutelniacute) - obnoveniacute znečištěneacuteho prostřediacute biomonitoring - indikaacutetory znečištěniacute - biotechnologickeacute postupy při sanaci půdy uacutepravě odpadniacutech vod čištěniacute vyacutefukovyacutech plynů využitiacute odpadu
BIacuteLAacute BIOTECHNOLOGIE (často spojovanaacute s šedou biotechnologiiacute) - chemickyacute průmysl vyprodukovat substance jako např alkohol vitamiacuteny aminokyseliny antibiotika enzymy způsobem ktereacute šetřiacute zdroje a životniacute prostřediacute s pomociacute živyacutech buněk (kvasinky pliacutesně bakterie)
MODRAacute BIOTECHNOLOGIE mořskeacute biologie biologickeacute organismy světovyacutech mořiacute - zdroje potravin energie leacutečiv surovin - bioprocessing šlechtěniacute a ochrana mořskyacutech organismů ciacutelenyacute chov vodniacutech organismů (aquaculture )
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute)
bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin = ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti vůči hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - genoveacute techniky = přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jinyacute umožňujiacute vyacutevoj odolnosti vůči hellip - využitiacute bakteriiacute ke zvyacutešeneacutemu růstu rostlin
- biomonitoring = využitiacute rostlin jako indikaacutetorů znečištěniacute půdy (kovy) - fytomining
Rostlinneacute biotechnologie
Kde by lideacute byli bez rostlin
Historie rostlin čas před proces vyacuteznam
45 miliardy let tvorba země nemožnyacute život
39 oceaacuteny voda je předpokladem pro uhliacutek-založenyacute život
35 nejstaršiacute cyanobacteria efektivnějšiacute fotosynteacuteza- rychlejšiacute růst O2
24 kysliacutek v atmosfeacuteře aerobniacute org postupně převažujiacute nad aerobniacutemi
21 endosymbioacuteza mezi cyanobacterium a eukaryotniacutem hostitelem prvniacute fotosyntetizujiacuteciacute eukaryotickyacute org -
jednobuněčnaacute řasa
16 mnohobuněčneacute řasy zeleneacute a červeneacute řasy
13 v atmosfeacuteře 3 O2 dominujiacute aerobniacute org nad aerobniacutemi
1 zvyšujiacuteciacute se počet mořskyacutech řas zvyacutešeniacute atmosfeacuterickeacuteho 02
750 milioacutenů mnohobuněčneacute zeleneacute řasy začaacutetek buněčneacute specializace
550 v atmosfeacuteře 12 O2
500 prvniacute suchozemskeacute rostliny eukaryotickaacute kolonizace země
470 prvniacute spory jaterniacutekům podobneacute rostliny
428 Cooksonia 2-3 cm velkeacute steacutelka Bryophyta s dominantniacute haploidniacute generaciacute
ceacutevnateacute rostliny bez semen- mechy přesličky kapradiny převažuje 2n generace
360 nejstaršiacute fosilniacute nahosemenneacute
140 nejstaršiacute krytosemenneacute
85 nejstaršiacute obiloviny
68 nejstaršiacute luštěniny adaptace na deficit N2
11 tisiacutec let domestifikace rostlin vliv člověka na rostliny
500 let globalizace zemědělskyacutech plodin světoveacute rozšiacuteřeniacute domestifikovanyacutech rostlin
300 člověkem prvniacute vyrobeneacute hybridniacute rostliny zaacuteměrneacute vytvaacuteřeniacute novyacutech druhů pro člověka
100 začaacutetek vědeckeacuteho šlechtěniacute rostlin manipulace s genomem a fenotypem rostlin
30 prvniacute transgenniacute rostlina novyacute gen do rostlinneacuteho genomu
20 prvniacute schvaacutelenaacute GMO rostlina - potravina rajče cv FLAVR SAVR Murphy 2011
6000 pnl produkce piva fermentaciacute (kvašeniacutem) Babyloacuteňaneacute Sumeroveacute
4000 pnl využitiacute kvasinek ve vyacuterobě piva a viacutena v Egyptě a Čiacuteně (znaacutem ječmen)
1675 Leeuwenhoek pozoroval bakterie
1860 Koch - rozvoj mikrobiologie
1857 Pasteur demonstrace fermentace - otec biotechnologiiacute
1877 Koch vypracoval techniky izolace a barveniacute bakteriiacute
1919 Ereky zavedeniacute termiacutenu biotechnologie
1935 Fleming objev peniciliacutenu - zavedeniacute sterilizace
1953 Watson a Crick popis struktury DNA
1975 Kohler a Milstein - produkce monoklonaacutelniacutech protilaacutetek
1978 produkce 1 lidskeacuteho proteinu v buňce firmou Genntech (USA) = inzuliacuten 1 praktickeacute využitiacute
1980 zavedeniacute metod rekombinantniacute DNA produkce inzuliacutenu v E coli
1994 schvaacuteleniacute prvniacute geneticky modifikovaneacute potraviny ndash rajče
1996 klonovaacuteniacute ovce Dolly Wilmuth a kol
Biotechnologie - historie
vyacuteroba jiacutedla a naacutepojů procesy vyviacutejeny za nesterilniacutech podmiacutenek zavedeniacute sterilniacutech podmiacutenek do biotechnologickyacutech procesů aplikace genetiky a technologie rekombinantniacute DNA
přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
nevyacutehoda - nekontrolovaneacute
zavedeniacute lidskeacuteho genu určujiacuteciacuteho produkci specifickeacute biacutelkoviny (inzuliacutenu) do bakterie pomociacute plazmidu - po zabudovaacuteniacute do genetickeacuteho aparaacutetu hostitelskeacute buňky je bakterie schopna produkovat AMK v přesně daneacutem pořadiacute a syntetizovat
lidskyacute inzuliacuten
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve
velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 11 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1843 superfosfaacutet hellip intenzivniacute hnojeniacute v zemědělstviacute
1849 Darwin - vznik druhů přirozenou selekciacute (cesta kolem světa Galapaacutegy)
1846-1850 krize monokultur - bdquobramborovyacuteldquo hladomor v Irsku (Phytophtora infestans)
1857 Pasteur - fermentace - otec biotechnologiiacute
1866 Mendel - publikuje svoje zaacutekony (znovu objeveny 1900)
1869 Miescher - objevuje DNA
1902 Haberlant - totipotence rostlinneacute buňky
1910 odrůda brambor Bintje (Holandsko) - odrůda roku 2012
1919 Ing Karl (Kaacuteroly) Ereky - termiacuten biotechnologie
migrace do Ameriky
technologie přeměny surovin na využitelneacute produkty pomociacute živyacutech organismů
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho
průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 10 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1923 Burbank USA - křiacuteženci bramboru odrůda
bdquoRUSSET BURBANKldquo (skladovatelnost hliacutez)
1933 prvniacute hybridi kukuřice
1941 Beadle a Tatum - hypoteacuteza 1 gen-1 enzym
1941 24-D (syntetickyacute auxin) jako prvyacute moderniacute herbicid
1950 1 radiomutanti chemomutanti řepka pšenice ryacuteže biacuteleacute fazole
ječmen (1965 - DIAMANT)
1960 ndash1970 ldquozelenaacute revoluceldquo zakrsliacute hybridi - Norman Borlaug
1970 NC miacuteru
1969 Triticale (Triticosecale tritikale žitovec - hybridniacute obilnina Triticum x Secale)
REKOMBINANTNIacute TECHNIKY
1985 prvniacute GM rostliny na poliacutech v UK
1995 odrůda bdquoBT NEW LEAF RUSSET BURBANKldquo
1998 zlataacute ryacuteže
2010 1 GMO hraacutech (Agritec)
I GMO odrůda brambor - odolnaacute vůči mandelince bramboroveacute vložen gen z bakteacuterie Bacillus thuringiensis produkujiacuteciacute protein narušujiacuteciacute vnitřnosti mandelinky
Mexiko 1943 import frac12 spotřeby pšenice 1944 plnaacute soběstačnost pšenice 1964 export 05 milionů tun pšenice
httpenwikipediaorgwikiNorman_Borlaug
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
BOTBRGMO
Biotechnologie rostlin a GMO
garant Božena Navraacutetilovaacute
přednaacutešejiacuteciacute Božena Navraacutetilovaacute Lenka Švaacutebovaacute cvičiacuteciacute Božena Navraacutetilovaacute Petr Dvořaacutek 20142015 ZS
Ciacutel předmětu navaacutezat na zaacutekladniacute předměty vyacuteuky a rozšiacuteřit znalosti v oblasti biotechnologiiacute zejmeacutena rostlinnyacutech naacutevaznost na předměty - obecnaacute biologie fyziologie rostlin genetika ekologie konfrontace s praxiacute - čaacutest přednaacutešek zajišťuje AGRITEC Šumperk
přednaacuteškycvičeniacute 11 hodtyacuteden blokovaacuteno podle možnostiacute kredity 3 ukončeniacute kolokvium
Přednaacutešky blokovaacuteny (2 - 3hod) Biotechnologie - historie od počaacutetku po současnost členěniacute interdisciplinaacuternost rostlinneacute bdquozeleneacuteldquo biotechnologie (Božena Navraacutetilovaacute UPOL) Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata explantaacutetovyacutech kultur rostlin metody (techniky zachovaacutevajiacuteciacute a techniky zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu rostlin) a jejich aplikace ve šlechtěniacute rostlin (Božena Navraacutetilovaacute UPOL) Využitiacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v zemědělstviacute farmaceutickeacutem průmyslu uchovaacutevaacuteniacute genofondu a fytoremediaci (Božena Navraacutetilovaacute UPOL) Možnosti využitiacute geneticky modifikovanyacutech plodin (Lenka Švaacutebovaacute Agritec Šumperk)
Sylabus a naacutevody botanyupolcz naacutevody sylabus 2014
Kolokvium 10 prosince 2014 Vyhodnoceniacute založenyacutech experimentů rozprava
Vlastniacute prezentace vybraneacute biotechnologie (1 ndash 3 studenti)
Sylabus a naacutevody botanyupolcz naacutevody sylabus 2014
Kolokvium 10 prosince 2014 Vyhodnoceniacute založenyacutech experimentů rozprava
Vlastniacute prezentace vybraneacute biotechnologie (1 ndash 3 studenti)
Cvičeniacute blokace (max 6 studentů ve skupině) naacutevody na www straacutenkaacutech katedry botaniky vyacuteukoveacute materiaacutely httpbotanyupolczmaterialyids[]=311k311 I čaacutest Cvičeniacute - zaacutekladniacute metody explantaacutetovyacutech kultur rostlin (Božena Navraacutetilovaacute) řiacutejen ndash listopad 2014 1 Bezpečnost praacutece a zaacutesady praacutece v aseptickeacutem prostřediacute 2 Sterilizace rostlinneacuteho materiaacutelu naacutestrojů skla a dalšiacutech pomůcek přiacuteprava meacutediiacute 3 Kultivace explantaacutetů pasaacutežovaacuteniacute 4 Mikropropagace rostlin 5 Embryokultury izolace a kultivace embryiacute 6 Prašniacutekoveacute kultury izolace a kultivace prašniacuteků II čaacutest Transgenoacuteze (Petr Dvořaacutek) řiacutejen ndash listopad 2014 Transformace bakteriiacute modrobiacutelaacute selekce pomociacute vektoru s rezistenciacute pro antibiotika
BEZPEČNOST PRAacuteCE
Student je povinen řiacutedit se pokyny vedouciacuteho cvičeniacute - dbaacutet osobniacute bezpečnosti a bezpečnosti svyacutech kolegů v laboratoři
Student je povinen přichaacutezet na praktickaacute cvičeniacute včas seznaacutemen s naacutevodem praktickeacuteho cvičeniacute a doporučenyacutemi pomůckami
Student musiacute byacutet vybaven přezůvkami osobniacute věci (tašku batoh oblečeniacute) si uložiacute na vyhrazeneacute miacutesto ktereacute je zabezpečeno před zcizeniacutem
Před cvičeniacutem si student umyje a desinfikuje ruce určenyacutem desinfekčniacutem prostředkem - OROSEPT 70 etanol
Při praacuteci ve flowboxu student dodržuje zaacutesady pro aseptickou praacuteci desinfekčniacutem roztokem vytře box (ISORAPID) spustiacute box 10 min před zahaacutejeniacutem praacutece dbaacute aby saacutem nebyl zdrojem kontaminaciacute při nachlazeniacute použije roušku udržuje v boxu pořaacutedek
Student dbaacute bezpečnosti při praacuteci s ohněm (lihoveacute kahany)
Student dbaacute bezpečnosti a se zvyacutešenou opatrnostiacute pracuje s řeznyacutemi naacutestroji se sklem lihovyacutem kahanem a s elektřinou
Student zachaacuteziacute se svěřenyacutemi přiacutestroji šetrně jejich zaacutevady ihned hlaacutesiacute vyučujiacuteciacutemu (saacutem neopravuje)
Student hlaacutesiacute veškeraacute poraněniacute vyučujiacuteciacutemu
Po ukončeniacute cvičeniacute student vypne a uklidiacute flowbox uzavře kahan Zbytky rostlinneacuteho materiaacutelu zlikviduje umyje použiteacute sklo
BIOTECHNOLOGIE
- členěniacute interdisciplinaacuternost (mezioborovost)
- historie od počaacutetku po současnost - rostlinneacute bdquozeleneacuteldquo biotechnologie
Použitaacute literatura Bajaj Y P S Somatic hybridization in crop improvement 1994
Callaway D J Callaway M B Breeding ornamental plants Timber Press Oregon 2000
George E F Plant propagation by tissue culture The technology Exegetics Limited Edington 1993
Hall R D Plant cell culture protocols Humana Press Totowa (NJ) 1999
Heldman D R Wheler M B Hoover DG Encyklopedia of biotechnology in agriculture and food CRC Press 2011
Kreuzer H Massey A Biology and biotechnology Science Applications and issues ASM Press Washington DC 2005
Lindsey K Plant tissue culture Manual Kluwer Academic Publishers London 1992
Kučerovaacute P Mackovaacute M Macek T Chemickeacute listy 93 19-26 1999
Murphy D Plants biotechnology and agriculture Cambridge University Press 2011
Ovesnaacute J Kučera L Otaacutezky biologickeacute bezpečnosti GMO a mezinaacuterodniacute zaacutevazky ČR Sborniacutek VUacuteRV Praha 2004
Prochaacutezka S a kolektiv Fyziologie rostlin Academia 1998
Smith R H Plant tissue culture Techniques and experiments Second edition Academic Press 2000
Smith J E Biotechnology Cambridge 2009
Trigiano R N Gray D J Plant development and biotechnology CRC Press 2005
Biotechnologie
Biotechnologie jsou na zaacutekladě Evropskeacute federace pro biotechnologii (EFB) z roku 1981 definovaacuteny jako
bdquoSoubor postupů založenyacutech na technologiiacutech při nichž se využiacutevaacute metabolickeacuteho potenciaacutelu mikroskopickyacutech organizmůldquo Jsou to interdisciplinaacuterniacute obory zahrnujiacuteciacute a využiacutevajiacuteciacute poznatky mikrobiologie biochemie chemie a přiacuteslušnyacutech průmyslovyacutech odvětviacuteldquo wwwscimuniczmikrobkvasbiotechbiotechnologiebiotechnologiehtml
Multidisciplinaacuterniacute povaha (Smith 2009)
Biotechnologie podle definice OECD představuje aplikovaacuteniacute vědeckyacutech a technologickyacutech metod na živeacute organismy a jejich čaacutesti produkty nebo modely za uacutečelem přeměny živyacutech i neživyacutech materiaacutelů pro vytvaacuteřeniacute znalostiacute zbožiacute a služeb
z řečtiny bios + techne + logos
život + dovednost + znalost
staraacute definice
novaacute definice
OECD Organizace pro ekonomickou spolupraacuteci a rozvoj Organisation for Economic Co-operation and Development
Biotechnologie
BIOTECHNOLOGIE novyacute nebo staryacute vynaacutelez biotechnologie průmysloveacute zemědělskeacute leacutekařskeacute biotechnologie mikrobiaacutelniacute živočišneacute rostlinneacute obsah i dosah
biologickyacute psychologickyacute ekonomickyacute ekologickyacute (postoj Amišů ndash meacuteně pesticidů neniacute v rozporu s jejich životniacutem stylem rizika při uvaacuteděniacute do životniacuteho prostřediacute) etickyacute - oteviacuteraacuteme bdquoPandořinu skřiacutenkuldquo
- věda jako zachraacutence nebo nepřiacutetel lidstva
odpor GMO plodinaacutem potravinaacutem
akceptovatelneacute rezistentniacute plodiny k herbicidům
BIOTECHNOLOGIE - rozvoj 21 stoletiacute - integrovanaacute aplikace přiacuterodniacutech a inženyacuterskyacutech věd - ciacutelem je využitiacute organismů a čaacutestiacute organismů k vyacuterobě produktů nebo použitiacute různyacutech metod (postupů)
ČLENĚNIacute PODLE ODVĚTVIacuteZAMĚŘENIacute ČERVENAacute BIOTECHNOLOGIE (mediciacutena a farmacie) - leacutekařstviacute je považovaacutena za nejdůležitějšiacute oblast použitiacute - biotechnologickeacute postupy rostouciacute roli při vyacutevoji novyacutech leacuteků (např k leacutečbě rakoviny) diagnostice (DNA) využitiacute kmenovyacutech buněk při leacutečbě zaacutevažnyacutech chorob
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute) bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti proti hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - vyacuteznam genoveacute techniky kteraacute je zaacutekladem pro přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jineacute rostliny a umožňuje vyacutevoj odolnosti vůči hellip
ŠEDAacute BIOTECHNOLOGIE (životniacute prostřediacute-environmentaacutelniacute) - obnoveniacute znečištěneacuteho prostřediacute biomonitoring - indikaacutetory znečištěniacute - biotechnologickeacute postupy při sanaci půdy uacutepravě odpadniacutech vod čištěniacute vyacutefukovyacutech plynů využitiacute odpadu
BIacuteLAacute BIOTECHNOLOGIE (často spojovanaacute s šedou biotechnologiiacute) - chemickyacute průmysl vyprodukovat substance jako např alkohol vitamiacuteny aminokyseliny antibiotika enzymy způsobem ktereacute šetřiacute zdroje a životniacute prostřediacute s pomociacute živyacutech buněk (kvasinky pliacutesně bakterie)
MODRAacute BIOTECHNOLOGIE mořskeacute biologie biologickeacute organismy světovyacutech mořiacute - zdroje potravin energie leacutečiv surovin - bioprocessing šlechtěniacute a ochrana mořskyacutech organismů ciacutelenyacute chov vodniacutech organismů (aquaculture )
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute)
bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin = ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti vůči hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - genoveacute techniky = přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jinyacute umožňujiacute vyacutevoj odolnosti vůči hellip - využitiacute bakteriiacute ke zvyacutešeneacutemu růstu rostlin
- biomonitoring = využitiacute rostlin jako indikaacutetorů znečištěniacute půdy (kovy) - fytomining
Rostlinneacute biotechnologie
Kde by lideacute byli bez rostlin
Historie rostlin čas před proces vyacuteznam
45 miliardy let tvorba země nemožnyacute život
39 oceaacuteny voda je předpokladem pro uhliacutek-založenyacute život
35 nejstaršiacute cyanobacteria efektivnějšiacute fotosynteacuteza- rychlejšiacute růst O2
24 kysliacutek v atmosfeacuteře aerobniacute org postupně převažujiacute nad aerobniacutemi
21 endosymbioacuteza mezi cyanobacterium a eukaryotniacutem hostitelem prvniacute fotosyntetizujiacuteciacute eukaryotickyacute org -
jednobuněčnaacute řasa
16 mnohobuněčneacute řasy zeleneacute a červeneacute řasy
13 v atmosfeacuteře 3 O2 dominujiacute aerobniacute org nad aerobniacutemi
1 zvyšujiacuteciacute se počet mořskyacutech řas zvyacutešeniacute atmosfeacuterickeacuteho 02
750 milioacutenů mnohobuněčneacute zeleneacute řasy začaacutetek buněčneacute specializace
550 v atmosfeacuteře 12 O2
500 prvniacute suchozemskeacute rostliny eukaryotickaacute kolonizace země
470 prvniacute spory jaterniacutekům podobneacute rostliny
428 Cooksonia 2-3 cm velkeacute steacutelka Bryophyta s dominantniacute haploidniacute generaciacute
ceacutevnateacute rostliny bez semen- mechy přesličky kapradiny převažuje 2n generace
360 nejstaršiacute fosilniacute nahosemenneacute
140 nejstaršiacute krytosemenneacute
85 nejstaršiacute obiloviny
68 nejstaršiacute luštěniny adaptace na deficit N2
11 tisiacutec let domestifikace rostlin vliv člověka na rostliny
500 let globalizace zemědělskyacutech plodin světoveacute rozšiacuteřeniacute domestifikovanyacutech rostlin
300 člověkem prvniacute vyrobeneacute hybridniacute rostliny zaacuteměrneacute vytvaacuteřeniacute novyacutech druhů pro člověka
100 začaacutetek vědeckeacuteho šlechtěniacute rostlin manipulace s genomem a fenotypem rostlin
30 prvniacute transgenniacute rostlina novyacute gen do rostlinneacuteho genomu
20 prvniacute schvaacutelenaacute GMO rostlina - potravina rajče cv FLAVR SAVR Murphy 2011
6000 pnl produkce piva fermentaciacute (kvašeniacutem) Babyloacuteňaneacute Sumeroveacute
4000 pnl využitiacute kvasinek ve vyacuterobě piva a viacutena v Egyptě a Čiacuteně (znaacutem ječmen)
1675 Leeuwenhoek pozoroval bakterie
1860 Koch - rozvoj mikrobiologie
1857 Pasteur demonstrace fermentace - otec biotechnologiiacute
1877 Koch vypracoval techniky izolace a barveniacute bakteriiacute
1919 Ereky zavedeniacute termiacutenu biotechnologie
1935 Fleming objev peniciliacutenu - zavedeniacute sterilizace
1953 Watson a Crick popis struktury DNA
1975 Kohler a Milstein - produkce monoklonaacutelniacutech protilaacutetek
1978 produkce 1 lidskeacuteho proteinu v buňce firmou Genntech (USA) = inzuliacuten 1 praktickeacute využitiacute
1980 zavedeniacute metod rekombinantniacute DNA produkce inzuliacutenu v E coli
1994 schvaacuteleniacute prvniacute geneticky modifikovaneacute potraviny ndash rajče
1996 klonovaacuteniacute ovce Dolly Wilmuth a kol
Biotechnologie - historie
vyacuteroba jiacutedla a naacutepojů procesy vyviacutejeny za nesterilniacutech podmiacutenek zavedeniacute sterilniacutech podmiacutenek do biotechnologickyacutech procesů aplikace genetiky a technologie rekombinantniacute DNA
přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
nevyacutehoda - nekontrolovaneacute
zavedeniacute lidskeacuteho genu určujiacuteciacuteho produkci specifickeacute biacutelkoviny (inzuliacutenu) do bakterie pomociacute plazmidu - po zabudovaacuteniacute do genetickeacuteho aparaacutetu hostitelskeacute buňky je bakterie schopna produkovat AMK v přesně daneacutem pořadiacute a syntetizovat
lidskyacute inzuliacuten
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve
velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 11 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1843 superfosfaacutet hellip intenzivniacute hnojeniacute v zemědělstviacute
1849 Darwin - vznik druhů přirozenou selekciacute (cesta kolem světa Galapaacutegy)
1846-1850 krize monokultur - bdquobramborovyacuteldquo hladomor v Irsku (Phytophtora infestans)
1857 Pasteur - fermentace - otec biotechnologiiacute
1866 Mendel - publikuje svoje zaacutekony (znovu objeveny 1900)
1869 Miescher - objevuje DNA
1902 Haberlant - totipotence rostlinneacute buňky
1910 odrůda brambor Bintje (Holandsko) - odrůda roku 2012
1919 Ing Karl (Kaacuteroly) Ereky - termiacuten biotechnologie
migrace do Ameriky
technologie přeměny surovin na využitelneacute produkty pomociacute živyacutech organismů
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho
průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 10 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1923 Burbank USA - křiacuteženci bramboru odrůda
bdquoRUSSET BURBANKldquo (skladovatelnost hliacutez)
1933 prvniacute hybridi kukuřice
1941 Beadle a Tatum - hypoteacuteza 1 gen-1 enzym
1941 24-D (syntetickyacute auxin) jako prvyacute moderniacute herbicid
1950 1 radiomutanti chemomutanti řepka pšenice ryacuteže biacuteleacute fazole
ječmen (1965 - DIAMANT)
1960 ndash1970 ldquozelenaacute revoluceldquo zakrsliacute hybridi - Norman Borlaug
1970 NC miacuteru
1969 Triticale (Triticosecale tritikale žitovec - hybridniacute obilnina Triticum x Secale)
REKOMBINANTNIacute TECHNIKY
1985 prvniacute GM rostliny na poliacutech v UK
1995 odrůda bdquoBT NEW LEAF RUSSET BURBANKldquo
1998 zlataacute ryacuteže
2010 1 GMO hraacutech (Agritec)
I GMO odrůda brambor - odolnaacute vůči mandelince bramboroveacute vložen gen z bakteacuterie Bacillus thuringiensis produkujiacuteciacute protein narušujiacuteciacute vnitřnosti mandelinky
Mexiko 1943 import frac12 spotřeby pšenice 1944 plnaacute soběstačnost pšenice 1964 export 05 milionů tun pšenice
httpenwikipediaorgwikiNorman_Borlaug
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
Ciacutel předmětu navaacutezat na zaacutekladniacute předměty vyacuteuky a rozšiacuteřit znalosti v oblasti biotechnologiiacute zejmeacutena rostlinnyacutech naacutevaznost na předměty - obecnaacute biologie fyziologie rostlin genetika ekologie konfrontace s praxiacute - čaacutest přednaacutešek zajišťuje AGRITEC Šumperk
přednaacuteškycvičeniacute 11 hodtyacuteden blokovaacuteno podle možnostiacute kredity 3 ukončeniacute kolokvium
Přednaacutešky blokovaacuteny (2 - 3hod) Biotechnologie - historie od počaacutetku po současnost členěniacute interdisciplinaacuternost rostlinneacute bdquozeleneacuteldquo biotechnologie (Božena Navraacutetilovaacute UPOL) Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata explantaacutetovyacutech kultur rostlin metody (techniky zachovaacutevajiacuteciacute a techniky zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu rostlin) a jejich aplikace ve šlechtěniacute rostlin (Božena Navraacutetilovaacute UPOL) Využitiacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v zemědělstviacute farmaceutickeacutem průmyslu uchovaacutevaacuteniacute genofondu a fytoremediaci (Božena Navraacutetilovaacute UPOL) Možnosti využitiacute geneticky modifikovanyacutech plodin (Lenka Švaacutebovaacute Agritec Šumperk)
Sylabus a naacutevody botanyupolcz naacutevody sylabus 2014
Kolokvium 10 prosince 2014 Vyhodnoceniacute založenyacutech experimentů rozprava
Vlastniacute prezentace vybraneacute biotechnologie (1 ndash 3 studenti)
Sylabus a naacutevody botanyupolcz naacutevody sylabus 2014
Kolokvium 10 prosince 2014 Vyhodnoceniacute založenyacutech experimentů rozprava
Vlastniacute prezentace vybraneacute biotechnologie (1 ndash 3 studenti)
Cvičeniacute blokace (max 6 studentů ve skupině) naacutevody na www straacutenkaacutech katedry botaniky vyacuteukoveacute materiaacutely httpbotanyupolczmaterialyids[]=311k311 I čaacutest Cvičeniacute - zaacutekladniacute metody explantaacutetovyacutech kultur rostlin (Božena Navraacutetilovaacute) řiacutejen ndash listopad 2014 1 Bezpečnost praacutece a zaacutesady praacutece v aseptickeacutem prostřediacute 2 Sterilizace rostlinneacuteho materiaacutelu naacutestrojů skla a dalšiacutech pomůcek přiacuteprava meacutediiacute 3 Kultivace explantaacutetů pasaacutežovaacuteniacute 4 Mikropropagace rostlin 5 Embryokultury izolace a kultivace embryiacute 6 Prašniacutekoveacute kultury izolace a kultivace prašniacuteků II čaacutest Transgenoacuteze (Petr Dvořaacutek) řiacutejen ndash listopad 2014 Transformace bakteriiacute modrobiacutelaacute selekce pomociacute vektoru s rezistenciacute pro antibiotika
BEZPEČNOST PRAacuteCE
Student je povinen řiacutedit se pokyny vedouciacuteho cvičeniacute - dbaacutet osobniacute bezpečnosti a bezpečnosti svyacutech kolegů v laboratoři
Student je povinen přichaacutezet na praktickaacute cvičeniacute včas seznaacutemen s naacutevodem praktickeacuteho cvičeniacute a doporučenyacutemi pomůckami
Student musiacute byacutet vybaven přezůvkami osobniacute věci (tašku batoh oblečeniacute) si uložiacute na vyhrazeneacute miacutesto ktereacute je zabezpečeno před zcizeniacutem
Před cvičeniacutem si student umyje a desinfikuje ruce určenyacutem desinfekčniacutem prostředkem - OROSEPT 70 etanol
Při praacuteci ve flowboxu student dodržuje zaacutesady pro aseptickou praacuteci desinfekčniacutem roztokem vytře box (ISORAPID) spustiacute box 10 min před zahaacutejeniacutem praacutece dbaacute aby saacutem nebyl zdrojem kontaminaciacute při nachlazeniacute použije roušku udržuje v boxu pořaacutedek
Student dbaacute bezpečnosti při praacuteci s ohněm (lihoveacute kahany)
Student dbaacute bezpečnosti a se zvyacutešenou opatrnostiacute pracuje s řeznyacutemi naacutestroji se sklem lihovyacutem kahanem a s elektřinou
Student zachaacuteziacute se svěřenyacutemi přiacutestroji šetrně jejich zaacutevady ihned hlaacutesiacute vyučujiacuteciacutemu (saacutem neopravuje)
Student hlaacutesiacute veškeraacute poraněniacute vyučujiacuteciacutemu
Po ukončeniacute cvičeniacute student vypne a uklidiacute flowbox uzavře kahan Zbytky rostlinneacuteho materiaacutelu zlikviduje umyje použiteacute sklo
BIOTECHNOLOGIE
- členěniacute interdisciplinaacuternost (mezioborovost)
- historie od počaacutetku po současnost - rostlinneacute bdquozeleneacuteldquo biotechnologie
Použitaacute literatura Bajaj Y P S Somatic hybridization in crop improvement 1994
Callaway D J Callaway M B Breeding ornamental plants Timber Press Oregon 2000
George E F Plant propagation by tissue culture The technology Exegetics Limited Edington 1993
Hall R D Plant cell culture protocols Humana Press Totowa (NJ) 1999
Heldman D R Wheler M B Hoover DG Encyklopedia of biotechnology in agriculture and food CRC Press 2011
Kreuzer H Massey A Biology and biotechnology Science Applications and issues ASM Press Washington DC 2005
Lindsey K Plant tissue culture Manual Kluwer Academic Publishers London 1992
Kučerovaacute P Mackovaacute M Macek T Chemickeacute listy 93 19-26 1999
Murphy D Plants biotechnology and agriculture Cambridge University Press 2011
Ovesnaacute J Kučera L Otaacutezky biologickeacute bezpečnosti GMO a mezinaacuterodniacute zaacutevazky ČR Sborniacutek VUacuteRV Praha 2004
Prochaacutezka S a kolektiv Fyziologie rostlin Academia 1998
Smith R H Plant tissue culture Techniques and experiments Second edition Academic Press 2000
Smith J E Biotechnology Cambridge 2009
Trigiano R N Gray D J Plant development and biotechnology CRC Press 2005
Biotechnologie
Biotechnologie jsou na zaacutekladě Evropskeacute federace pro biotechnologii (EFB) z roku 1981 definovaacuteny jako
bdquoSoubor postupů založenyacutech na technologiiacutech při nichž se využiacutevaacute metabolickeacuteho potenciaacutelu mikroskopickyacutech organizmůldquo Jsou to interdisciplinaacuterniacute obory zahrnujiacuteciacute a využiacutevajiacuteciacute poznatky mikrobiologie biochemie chemie a přiacuteslušnyacutech průmyslovyacutech odvětviacuteldquo wwwscimuniczmikrobkvasbiotechbiotechnologiebiotechnologiehtml
Multidisciplinaacuterniacute povaha (Smith 2009)
Biotechnologie podle definice OECD představuje aplikovaacuteniacute vědeckyacutech a technologickyacutech metod na živeacute organismy a jejich čaacutesti produkty nebo modely za uacutečelem přeměny živyacutech i neživyacutech materiaacutelů pro vytvaacuteřeniacute znalostiacute zbožiacute a služeb
z řečtiny bios + techne + logos
život + dovednost + znalost
staraacute definice
novaacute definice
OECD Organizace pro ekonomickou spolupraacuteci a rozvoj Organisation for Economic Co-operation and Development
Biotechnologie
BIOTECHNOLOGIE novyacute nebo staryacute vynaacutelez biotechnologie průmysloveacute zemědělskeacute leacutekařskeacute biotechnologie mikrobiaacutelniacute živočišneacute rostlinneacute obsah i dosah
biologickyacute psychologickyacute ekonomickyacute ekologickyacute (postoj Amišů ndash meacuteně pesticidů neniacute v rozporu s jejich životniacutem stylem rizika při uvaacuteděniacute do životniacuteho prostřediacute) etickyacute - oteviacuteraacuteme bdquoPandořinu skřiacutenkuldquo
- věda jako zachraacutence nebo nepřiacutetel lidstva
odpor GMO plodinaacutem potravinaacutem
akceptovatelneacute rezistentniacute plodiny k herbicidům
BIOTECHNOLOGIE - rozvoj 21 stoletiacute - integrovanaacute aplikace přiacuterodniacutech a inženyacuterskyacutech věd - ciacutelem je využitiacute organismů a čaacutestiacute organismů k vyacuterobě produktů nebo použitiacute různyacutech metod (postupů)
ČLENĚNIacute PODLE ODVĚTVIacuteZAMĚŘENIacute ČERVENAacute BIOTECHNOLOGIE (mediciacutena a farmacie) - leacutekařstviacute je považovaacutena za nejdůležitějšiacute oblast použitiacute - biotechnologickeacute postupy rostouciacute roli při vyacutevoji novyacutech leacuteků (např k leacutečbě rakoviny) diagnostice (DNA) využitiacute kmenovyacutech buněk při leacutečbě zaacutevažnyacutech chorob
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute) bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti proti hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - vyacuteznam genoveacute techniky kteraacute je zaacutekladem pro přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jineacute rostliny a umožňuje vyacutevoj odolnosti vůči hellip
ŠEDAacute BIOTECHNOLOGIE (životniacute prostřediacute-environmentaacutelniacute) - obnoveniacute znečištěneacuteho prostřediacute biomonitoring - indikaacutetory znečištěniacute - biotechnologickeacute postupy při sanaci půdy uacutepravě odpadniacutech vod čištěniacute vyacutefukovyacutech plynů využitiacute odpadu
BIacuteLAacute BIOTECHNOLOGIE (často spojovanaacute s šedou biotechnologiiacute) - chemickyacute průmysl vyprodukovat substance jako např alkohol vitamiacuteny aminokyseliny antibiotika enzymy způsobem ktereacute šetřiacute zdroje a životniacute prostřediacute s pomociacute živyacutech buněk (kvasinky pliacutesně bakterie)
MODRAacute BIOTECHNOLOGIE mořskeacute biologie biologickeacute organismy světovyacutech mořiacute - zdroje potravin energie leacutečiv surovin - bioprocessing šlechtěniacute a ochrana mořskyacutech organismů ciacutelenyacute chov vodniacutech organismů (aquaculture )
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute)
bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin = ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti vůči hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - genoveacute techniky = přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jinyacute umožňujiacute vyacutevoj odolnosti vůči hellip - využitiacute bakteriiacute ke zvyacutešeneacutemu růstu rostlin
- biomonitoring = využitiacute rostlin jako indikaacutetorů znečištěniacute půdy (kovy) - fytomining
Rostlinneacute biotechnologie
Kde by lideacute byli bez rostlin
Historie rostlin čas před proces vyacuteznam
45 miliardy let tvorba země nemožnyacute život
39 oceaacuteny voda je předpokladem pro uhliacutek-založenyacute život
35 nejstaršiacute cyanobacteria efektivnějšiacute fotosynteacuteza- rychlejšiacute růst O2
24 kysliacutek v atmosfeacuteře aerobniacute org postupně převažujiacute nad aerobniacutemi
21 endosymbioacuteza mezi cyanobacterium a eukaryotniacutem hostitelem prvniacute fotosyntetizujiacuteciacute eukaryotickyacute org -
jednobuněčnaacute řasa
16 mnohobuněčneacute řasy zeleneacute a červeneacute řasy
13 v atmosfeacuteře 3 O2 dominujiacute aerobniacute org nad aerobniacutemi
1 zvyšujiacuteciacute se počet mořskyacutech řas zvyacutešeniacute atmosfeacuterickeacuteho 02
750 milioacutenů mnohobuněčneacute zeleneacute řasy začaacutetek buněčneacute specializace
550 v atmosfeacuteře 12 O2
500 prvniacute suchozemskeacute rostliny eukaryotickaacute kolonizace země
470 prvniacute spory jaterniacutekům podobneacute rostliny
428 Cooksonia 2-3 cm velkeacute steacutelka Bryophyta s dominantniacute haploidniacute generaciacute
ceacutevnateacute rostliny bez semen- mechy přesličky kapradiny převažuje 2n generace
360 nejstaršiacute fosilniacute nahosemenneacute
140 nejstaršiacute krytosemenneacute
85 nejstaršiacute obiloviny
68 nejstaršiacute luštěniny adaptace na deficit N2
11 tisiacutec let domestifikace rostlin vliv člověka na rostliny
500 let globalizace zemědělskyacutech plodin světoveacute rozšiacuteřeniacute domestifikovanyacutech rostlin
300 člověkem prvniacute vyrobeneacute hybridniacute rostliny zaacuteměrneacute vytvaacuteřeniacute novyacutech druhů pro člověka
100 začaacutetek vědeckeacuteho šlechtěniacute rostlin manipulace s genomem a fenotypem rostlin
30 prvniacute transgenniacute rostlina novyacute gen do rostlinneacuteho genomu
20 prvniacute schvaacutelenaacute GMO rostlina - potravina rajče cv FLAVR SAVR Murphy 2011
6000 pnl produkce piva fermentaciacute (kvašeniacutem) Babyloacuteňaneacute Sumeroveacute
4000 pnl využitiacute kvasinek ve vyacuterobě piva a viacutena v Egyptě a Čiacuteně (znaacutem ječmen)
1675 Leeuwenhoek pozoroval bakterie
1860 Koch - rozvoj mikrobiologie
1857 Pasteur demonstrace fermentace - otec biotechnologiiacute
1877 Koch vypracoval techniky izolace a barveniacute bakteriiacute
1919 Ereky zavedeniacute termiacutenu biotechnologie
1935 Fleming objev peniciliacutenu - zavedeniacute sterilizace
1953 Watson a Crick popis struktury DNA
1975 Kohler a Milstein - produkce monoklonaacutelniacutech protilaacutetek
1978 produkce 1 lidskeacuteho proteinu v buňce firmou Genntech (USA) = inzuliacuten 1 praktickeacute využitiacute
1980 zavedeniacute metod rekombinantniacute DNA produkce inzuliacutenu v E coli
1994 schvaacuteleniacute prvniacute geneticky modifikovaneacute potraviny ndash rajče
1996 klonovaacuteniacute ovce Dolly Wilmuth a kol
Biotechnologie - historie
vyacuteroba jiacutedla a naacutepojů procesy vyviacutejeny za nesterilniacutech podmiacutenek zavedeniacute sterilniacutech podmiacutenek do biotechnologickyacutech procesů aplikace genetiky a technologie rekombinantniacute DNA
přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
nevyacutehoda - nekontrolovaneacute
zavedeniacute lidskeacuteho genu určujiacuteciacuteho produkci specifickeacute biacutelkoviny (inzuliacutenu) do bakterie pomociacute plazmidu - po zabudovaacuteniacute do genetickeacuteho aparaacutetu hostitelskeacute buňky je bakterie schopna produkovat AMK v přesně daneacutem pořadiacute a syntetizovat
lidskyacute inzuliacuten
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve
velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 11 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1843 superfosfaacutet hellip intenzivniacute hnojeniacute v zemědělstviacute
1849 Darwin - vznik druhů přirozenou selekciacute (cesta kolem světa Galapaacutegy)
1846-1850 krize monokultur - bdquobramborovyacuteldquo hladomor v Irsku (Phytophtora infestans)
1857 Pasteur - fermentace - otec biotechnologiiacute
1866 Mendel - publikuje svoje zaacutekony (znovu objeveny 1900)
1869 Miescher - objevuje DNA
1902 Haberlant - totipotence rostlinneacute buňky
1910 odrůda brambor Bintje (Holandsko) - odrůda roku 2012
1919 Ing Karl (Kaacuteroly) Ereky - termiacuten biotechnologie
migrace do Ameriky
technologie přeměny surovin na využitelneacute produkty pomociacute živyacutech organismů
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho
průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 10 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1923 Burbank USA - křiacuteženci bramboru odrůda
bdquoRUSSET BURBANKldquo (skladovatelnost hliacutez)
1933 prvniacute hybridi kukuřice
1941 Beadle a Tatum - hypoteacuteza 1 gen-1 enzym
1941 24-D (syntetickyacute auxin) jako prvyacute moderniacute herbicid
1950 1 radiomutanti chemomutanti řepka pšenice ryacuteže biacuteleacute fazole
ječmen (1965 - DIAMANT)
1960 ndash1970 ldquozelenaacute revoluceldquo zakrsliacute hybridi - Norman Borlaug
1970 NC miacuteru
1969 Triticale (Triticosecale tritikale žitovec - hybridniacute obilnina Triticum x Secale)
REKOMBINANTNIacute TECHNIKY
1985 prvniacute GM rostliny na poliacutech v UK
1995 odrůda bdquoBT NEW LEAF RUSSET BURBANKldquo
1998 zlataacute ryacuteže
2010 1 GMO hraacutech (Agritec)
I GMO odrůda brambor - odolnaacute vůči mandelince bramboroveacute vložen gen z bakteacuterie Bacillus thuringiensis produkujiacuteciacute protein narušujiacuteciacute vnitřnosti mandelinky
Mexiko 1943 import frac12 spotřeby pšenice 1944 plnaacute soběstačnost pšenice 1964 export 05 milionů tun pšenice
httpenwikipediaorgwikiNorman_Borlaug
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
Přednaacutešky blokovaacuteny (2 - 3hod) Biotechnologie - historie od počaacutetku po současnost členěniacute interdisciplinaacuternost rostlinneacute bdquozeleneacuteldquo biotechnologie (Božena Navraacutetilovaacute UPOL) Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata explantaacutetovyacutech kultur rostlin metody (techniky zachovaacutevajiacuteciacute a techniky zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu rostlin) a jejich aplikace ve šlechtěniacute rostlin (Božena Navraacutetilovaacute UPOL) Využitiacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v zemědělstviacute farmaceutickeacutem průmyslu uchovaacutevaacuteniacute genofondu a fytoremediaci (Božena Navraacutetilovaacute UPOL) Možnosti využitiacute geneticky modifikovanyacutech plodin (Lenka Švaacutebovaacute Agritec Šumperk)
Sylabus a naacutevody botanyupolcz naacutevody sylabus 2014
Kolokvium 10 prosince 2014 Vyhodnoceniacute založenyacutech experimentů rozprava
Vlastniacute prezentace vybraneacute biotechnologie (1 ndash 3 studenti)
Sylabus a naacutevody botanyupolcz naacutevody sylabus 2014
Kolokvium 10 prosince 2014 Vyhodnoceniacute založenyacutech experimentů rozprava
Vlastniacute prezentace vybraneacute biotechnologie (1 ndash 3 studenti)
Cvičeniacute blokace (max 6 studentů ve skupině) naacutevody na www straacutenkaacutech katedry botaniky vyacuteukoveacute materiaacutely httpbotanyupolczmaterialyids[]=311k311 I čaacutest Cvičeniacute - zaacutekladniacute metody explantaacutetovyacutech kultur rostlin (Božena Navraacutetilovaacute) řiacutejen ndash listopad 2014 1 Bezpečnost praacutece a zaacutesady praacutece v aseptickeacutem prostřediacute 2 Sterilizace rostlinneacuteho materiaacutelu naacutestrojů skla a dalšiacutech pomůcek přiacuteprava meacutediiacute 3 Kultivace explantaacutetů pasaacutežovaacuteniacute 4 Mikropropagace rostlin 5 Embryokultury izolace a kultivace embryiacute 6 Prašniacutekoveacute kultury izolace a kultivace prašniacuteků II čaacutest Transgenoacuteze (Petr Dvořaacutek) řiacutejen ndash listopad 2014 Transformace bakteriiacute modrobiacutelaacute selekce pomociacute vektoru s rezistenciacute pro antibiotika
BEZPEČNOST PRAacuteCE
Student je povinen řiacutedit se pokyny vedouciacuteho cvičeniacute - dbaacutet osobniacute bezpečnosti a bezpečnosti svyacutech kolegů v laboratoři
Student je povinen přichaacutezet na praktickaacute cvičeniacute včas seznaacutemen s naacutevodem praktickeacuteho cvičeniacute a doporučenyacutemi pomůckami
Student musiacute byacutet vybaven přezůvkami osobniacute věci (tašku batoh oblečeniacute) si uložiacute na vyhrazeneacute miacutesto ktereacute je zabezpečeno před zcizeniacutem
Před cvičeniacutem si student umyje a desinfikuje ruce určenyacutem desinfekčniacutem prostředkem - OROSEPT 70 etanol
Při praacuteci ve flowboxu student dodržuje zaacutesady pro aseptickou praacuteci desinfekčniacutem roztokem vytře box (ISORAPID) spustiacute box 10 min před zahaacutejeniacutem praacutece dbaacute aby saacutem nebyl zdrojem kontaminaciacute při nachlazeniacute použije roušku udržuje v boxu pořaacutedek
Student dbaacute bezpečnosti při praacuteci s ohněm (lihoveacute kahany)
Student dbaacute bezpečnosti a se zvyacutešenou opatrnostiacute pracuje s řeznyacutemi naacutestroji se sklem lihovyacutem kahanem a s elektřinou
Student zachaacuteziacute se svěřenyacutemi přiacutestroji šetrně jejich zaacutevady ihned hlaacutesiacute vyučujiacuteciacutemu (saacutem neopravuje)
Student hlaacutesiacute veškeraacute poraněniacute vyučujiacuteciacutemu
Po ukončeniacute cvičeniacute student vypne a uklidiacute flowbox uzavře kahan Zbytky rostlinneacuteho materiaacutelu zlikviduje umyje použiteacute sklo
BIOTECHNOLOGIE
- členěniacute interdisciplinaacuternost (mezioborovost)
- historie od počaacutetku po současnost - rostlinneacute bdquozeleneacuteldquo biotechnologie
Použitaacute literatura Bajaj Y P S Somatic hybridization in crop improvement 1994
Callaway D J Callaway M B Breeding ornamental plants Timber Press Oregon 2000
George E F Plant propagation by tissue culture The technology Exegetics Limited Edington 1993
Hall R D Plant cell culture protocols Humana Press Totowa (NJ) 1999
Heldman D R Wheler M B Hoover DG Encyklopedia of biotechnology in agriculture and food CRC Press 2011
Kreuzer H Massey A Biology and biotechnology Science Applications and issues ASM Press Washington DC 2005
Lindsey K Plant tissue culture Manual Kluwer Academic Publishers London 1992
Kučerovaacute P Mackovaacute M Macek T Chemickeacute listy 93 19-26 1999
Murphy D Plants biotechnology and agriculture Cambridge University Press 2011
Ovesnaacute J Kučera L Otaacutezky biologickeacute bezpečnosti GMO a mezinaacuterodniacute zaacutevazky ČR Sborniacutek VUacuteRV Praha 2004
Prochaacutezka S a kolektiv Fyziologie rostlin Academia 1998
Smith R H Plant tissue culture Techniques and experiments Second edition Academic Press 2000
Smith J E Biotechnology Cambridge 2009
Trigiano R N Gray D J Plant development and biotechnology CRC Press 2005
Biotechnologie
Biotechnologie jsou na zaacutekladě Evropskeacute federace pro biotechnologii (EFB) z roku 1981 definovaacuteny jako
bdquoSoubor postupů založenyacutech na technologiiacutech při nichž se využiacutevaacute metabolickeacuteho potenciaacutelu mikroskopickyacutech organizmůldquo Jsou to interdisciplinaacuterniacute obory zahrnujiacuteciacute a využiacutevajiacuteciacute poznatky mikrobiologie biochemie chemie a přiacuteslušnyacutech průmyslovyacutech odvětviacuteldquo wwwscimuniczmikrobkvasbiotechbiotechnologiebiotechnologiehtml
Multidisciplinaacuterniacute povaha (Smith 2009)
Biotechnologie podle definice OECD představuje aplikovaacuteniacute vědeckyacutech a technologickyacutech metod na živeacute organismy a jejich čaacutesti produkty nebo modely za uacutečelem přeměny živyacutech i neživyacutech materiaacutelů pro vytvaacuteřeniacute znalostiacute zbožiacute a služeb
z řečtiny bios + techne + logos
život + dovednost + znalost
staraacute definice
novaacute definice
OECD Organizace pro ekonomickou spolupraacuteci a rozvoj Organisation for Economic Co-operation and Development
Biotechnologie
BIOTECHNOLOGIE novyacute nebo staryacute vynaacutelez biotechnologie průmysloveacute zemědělskeacute leacutekařskeacute biotechnologie mikrobiaacutelniacute živočišneacute rostlinneacute obsah i dosah
biologickyacute psychologickyacute ekonomickyacute ekologickyacute (postoj Amišů ndash meacuteně pesticidů neniacute v rozporu s jejich životniacutem stylem rizika při uvaacuteděniacute do životniacuteho prostřediacute) etickyacute - oteviacuteraacuteme bdquoPandořinu skřiacutenkuldquo
- věda jako zachraacutence nebo nepřiacutetel lidstva
odpor GMO plodinaacutem potravinaacutem
akceptovatelneacute rezistentniacute plodiny k herbicidům
BIOTECHNOLOGIE - rozvoj 21 stoletiacute - integrovanaacute aplikace přiacuterodniacutech a inženyacuterskyacutech věd - ciacutelem je využitiacute organismů a čaacutestiacute organismů k vyacuterobě produktů nebo použitiacute různyacutech metod (postupů)
ČLENĚNIacute PODLE ODVĚTVIacuteZAMĚŘENIacute ČERVENAacute BIOTECHNOLOGIE (mediciacutena a farmacie) - leacutekařstviacute je považovaacutena za nejdůležitějšiacute oblast použitiacute - biotechnologickeacute postupy rostouciacute roli při vyacutevoji novyacutech leacuteků (např k leacutečbě rakoviny) diagnostice (DNA) využitiacute kmenovyacutech buněk při leacutečbě zaacutevažnyacutech chorob
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute) bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti proti hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - vyacuteznam genoveacute techniky kteraacute je zaacutekladem pro přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jineacute rostliny a umožňuje vyacutevoj odolnosti vůči hellip
ŠEDAacute BIOTECHNOLOGIE (životniacute prostřediacute-environmentaacutelniacute) - obnoveniacute znečištěneacuteho prostřediacute biomonitoring - indikaacutetory znečištěniacute - biotechnologickeacute postupy při sanaci půdy uacutepravě odpadniacutech vod čištěniacute vyacutefukovyacutech plynů využitiacute odpadu
BIacuteLAacute BIOTECHNOLOGIE (často spojovanaacute s šedou biotechnologiiacute) - chemickyacute průmysl vyprodukovat substance jako např alkohol vitamiacuteny aminokyseliny antibiotika enzymy způsobem ktereacute šetřiacute zdroje a životniacute prostřediacute s pomociacute živyacutech buněk (kvasinky pliacutesně bakterie)
MODRAacute BIOTECHNOLOGIE mořskeacute biologie biologickeacute organismy světovyacutech mořiacute - zdroje potravin energie leacutečiv surovin - bioprocessing šlechtěniacute a ochrana mořskyacutech organismů ciacutelenyacute chov vodniacutech organismů (aquaculture )
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute)
bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin = ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti vůči hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - genoveacute techniky = přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jinyacute umožňujiacute vyacutevoj odolnosti vůči hellip - využitiacute bakteriiacute ke zvyacutešeneacutemu růstu rostlin
- biomonitoring = využitiacute rostlin jako indikaacutetorů znečištěniacute půdy (kovy) - fytomining
Rostlinneacute biotechnologie
Kde by lideacute byli bez rostlin
Historie rostlin čas před proces vyacuteznam
45 miliardy let tvorba země nemožnyacute život
39 oceaacuteny voda je předpokladem pro uhliacutek-založenyacute život
35 nejstaršiacute cyanobacteria efektivnějšiacute fotosynteacuteza- rychlejšiacute růst O2
24 kysliacutek v atmosfeacuteře aerobniacute org postupně převažujiacute nad aerobniacutemi
21 endosymbioacuteza mezi cyanobacterium a eukaryotniacutem hostitelem prvniacute fotosyntetizujiacuteciacute eukaryotickyacute org -
jednobuněčnaacute řasa
16 mnohobuněčneacute řasy zeleneacute a červeneacute řasy
13 v atmosfeacuteře 3 O2 dominujiacute aerobniacute org nad aerobniacutemi
1 zvyšujiacuteciacute se počet mořskyacutech řas zvyacutešeniacute atmosfeacuterickeacuteho 02
750 milioacutenů mnohobuněčneacute zeleneacute řasy začaacutetek buněčneacute specializace
550 v atmosfeacuteře 12 O2
500 prvniacute suchozemskeacute rostliny eukaryotickaacute kolonizace země
470 prvniacute spory jaterniacutekům podobneacute rostliny
428 Cooksonia 2-3 cm velkeacute steacutelka Bryophyta s dominantniacute haploidniacute generaciacute
ceacutevnateacute rostliny bez semen- mechy přesličky kapradiny převažuje 2n generace
360 nejstaršiacute fosilniacute nahosemenneacute
140 nejstaršiacute krytosemenneacute
85 nejstaršiacute obiloviny
68 nejstaršiacute luštěniny adaptace na deficit N2
11 tisiacutec let domestifikace rostlin vliv člověka na rostliny
500 let globalizace zemědělskyacutech plodin světoveacute rozšiacuteřeniacute domestifikovanyacutech rostlin
300 člověkem prvniacute vyrobeneacute hybridniacute rostliny zaacuteměrneacute vytvaacuteřeniacute novyacutech druhů pro člověka
100 začaacutetek vědeckeacuteho šlechtěniacute rostlin manipulace s genomem a fenotypem rostlin
30 prvniacute transgenniacute rostlina novyacute gen do rostlinneacuteho genomu
20 prvniacute schvaacutelenaacute GMO rostlina - potravina rajče cv FLAVR SAVR Murphy 2011
6000 pnl produkce piva fermentaciacute (kvašeniacutem) Babyloacuteňaneacute Sumeroveacute
4000 pnl využitiacute kvasinek ve vyacuterobě piva a viacutena v Egyptě a Čiacuteně (znaacutem ječmen)
1675 Leeuwenhoek pozoroval bakterie
1860 Koch - rozvoj mikrobiologie
1857 Pasteur demonstrace fermentace - otec biotechnologiiacute
1877 Koch vypracoval techniky izolace a barveniacute bakteriiacute
1919 Ereky zavedeniacute termiacutenu biotechnologie
1935 Fleming objev peniciliacutenu - zavedeniacute sterilizace
1953 Watson a Crick popis struktury DNA
1975 Kohler a Milstein - produkce monoklonaacutelniacutech protilaacutetek
1978 produkce 1 lidskeacuteho proteinu v buňce firmou Genntech (USA) = inzuliacuten 1 praktickeacute využitiacute
1980 zavedeniacute metod rekombinantniacute DNA produkce inzuliacutenu v E coli
1994 schvaacuteleniacute prvniacute geneticky modifikovaneacute potraviny ndash rajče
1996 klonovaacuteniacute ovce Dolly Wilmuth a kol
Biotechnologie - historie
vyacuteroba jiacutedla a naacutepojů procesy vyviacutejeny za nesterilniacutech podmiacutenek zavedeniacute sterilniacutech podmiacutenek do biotechnologickyacutech procesů aplikace genetiky a technologie rekombinantniacute DNA
přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
nevyacutehoda - nekontrolovaneacute
zavedeniacute lidskeacuteho genu určujiacuteciacuteho produkci specifickeacute biacutelkoviny (inzuliacutenu) do bakterie pomociacute plazmidu - po zabudovaacuteniacute do genetickeacuteho aparaacutetu hostitelskeacute buňky je bakterie schopna produkovat AMK v přesně daneacutem pořadiacute a syntetizovat
lidskyacute inzuliacuten
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve
velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 11 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1843 superfosfaacutet hellip intenzivniacute hnojeniacute v zemědělstviacute
1849 Darwin - vznik druhů přirozenou selekciacute (cesta kolem světa Galapaacutegy)
1846-1850 krize monokultur - bdquobramborovyacuteldquo hladomor v Irsku (Phytophtora infestans)
1857 Pasteur - fermentace - otec biotechnologiiacute
1866 Mendel - publikuje svoje zaacutekony (znovu objeveny 1900)
1869 Miescher - objevuje DNA
1902 Haberlant - totipotence rostlinneacute buňky
1910 odrůda brambor Bintje (Holandsko) - odrůda roku 2012
1919 Ing Karl (Kaacuteroly) Ereky - termiacuten biotechnologie
migrace do Ameriky
technologie přeměny surovin na využitelneacute produkty pomociacute živyacutech organismů
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho
průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 10 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1923 Burbank USA - křiacuteženci bramboru odrůda
bdquoRUSSET BURBANKldquo (skladovatelnost hliacutez)
1933 prvniacute hybridi kukuřice
1941 Beadle a Tatum - hypoteacuteza 1 gen-1 enzym
1941 24-D (syntetickyacute auxin) jako prvyacute moderniacute herbicid
1950 1 radiomutanti chemomutanti řepka pšenice ryacuteže biacuteleacute fazole
ječmen (1965 - DIAMANT)
1960 ndash1970 ldquozelenaacute revoluceldquo zakrsliacute hybridi - Norman Borlaug
1970 NC miacuteru
1969 Triticale (Triticosecale tritikale žitovec - hybridniacute obilnina Triticum x Secale)
REKOMBINANTNIacute TECHNIKY
1985 prvniacute GM rostliny na poliacutech v UK
1995 odrůda bdquoBT NEW LEAF RUSSET BURBANKldquo
1998 zlataacute ryacuteže
2010 1 GMO hraacutech (Agritec)
I GMO odrůda brambor - odolnaacute vůči mandelince bramboroveacute vložen gen z bakteacuterie Bacillus thuringiensis produkujiacuteciacute protein narušujiacuteciacute vnitřnosti mandelinky
Mexiko 1943 import frac12 spotřeby pšenice 1944 plnaacute soběstačnost pšenice 1964 export 05 milionů tun pšenice
httpenwikipediaorgwikiNorman_Borlaug
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
Sylabus a naacutevody botanyupolcz naacutevody sylabus 2014
Kolokvium 10 prosince 2014 Vyhodnoceniacute založenyacutech experimentů rozprava
Vlastniacute prezentace vybraneacute biotechnologie (1 ndash 3 studenti)
Cvičeniacute blokace (max 6 studentů ve skupině) naacutevody na www straacutenkaacutech katedry botaniky vyacuteukoveacute materiaacutely httpbotanyupolczmaterialyids[]=311k311 I čaacutest Cvičeniacute - zaacutekladniacute metody explantaacutetovyacutech kultur rostlin (Božena Navraacutetilovaacute) řiacutejen ndash listopad 2014 1 Bezpečnost praacutece a zaacutesady praacutece v aseptickeacutem prostřediacute 2 Sterilizace rostlinneacuteho materiaacutelu naacutestrojů skla a dalšiacutech pomůcek přiacuteprava meacutediiacute 3 Kultivace explantaacutetů pasaacutežovaacuteniacute 4 Mikropropagace rostlin 5 Embryokultury izolace a kultivace embryiacute 6 Prašniacutekoveacute kultury izolace a kultivace prašniacuteků II čaacutest Transgenoacuteze (Petr Dvořaacutek) řiacutejen ndash listopad 2014 Transformace bakteriiacute modrobiacutelaacute selekce pomociacute vektoru s rezistenciacute pro antibiotika
BEZPEČNOST PRAacuteCE
Student je povinen řiacutedit se pokyny vedouciacuteho cvičeniacute - dbaacutet osobniacute bezpečnosti a bezpečnosti svyacutech kolegů v laboratoři
Student je povinen přichaacutezet na praktickaacute cvičeniacute včas seznaacutemen s naacutevodem praktickeacuteho cvičeniacute a doporučenyacutemi pomůckami
Student musiacute byacutet vybaven přezůvkami osobniacute věci (tašku batoh oblečeniacute) si uložiacute na vyhrazeneacute miacutesto ktereacute je zabezpečeno před zcizeniacutem
Před cvičeniacutem si student umyje a desinfikuje ruce určenyacutem desinfekčniacutem prostředkem - OROSEPT 70 etanol
Při praacuteci ve flowboxu student dodržuje zaacutesady pro aseptickou praacuteci desinfekčniacutem roztokem vytře box (ISORAPID) spustiacute box 10 min před zahaacutejeniacutem praacutece dbaacute aby saacutem nebyl zdrojem kontaminaciacute při nachlazeniacute použije roušku udržuje v boxu pořaacutedek
Student dbaacute bezpečnosti při praacuteci s ohněm (lihoveacute kahany)
Student dbaacute bezpečnosti a se zvyacutešenou opatrnostiacute pracuje s řeznyacutemi naacutestroji se sklem lihovyacutem kahanem a s elektřinou
Student zachaacuteziacute se svěřenyacutemi přiacutestroji šetrně jejich zaacutevady ihned hlaacutesiacute vyučujiacuteciacutemu (saacutem neopravuje)
Student hlaacutesiacute veškeraacute poraněniacute vyučujiacuteciacutemu
Po ukončeniacute cvičeniacute student vypne a uklidiacute flowbox uzavře kahan Zbytky rostlinneacuteho materiaacutelu zlikviduje umyje použiteacute sklo
BIOTECHNOLOGIE
- členěniacute interdisciplinaacuternost (mezioborovost)
- historie od počaacutetku po současnost - rostlinneacute bdquozeleneacuteldquo biotechnologie
Použitaacute literatura Bajaj Y P S Somatic hybridization in crop improvement 1994
Callaway D J Callaway M B Breeding ornamental plants Timber Press Oregon 2000
George E F Plant propagation by tissue culture The technology Exegetics Limited Edington 1993
Hall R D Plant cell culture protocols Humana Press Totowa (NJ) 1999
Heldman D R Wheler M B Hoover DG Encyklopedia of biotechnology in agriculture and food CRC Press 2011
Kreuzer H Massey A Biology and biotechnology Science Applications and issues ASM Press Washington DC 2005
Lindsey K Plant tissue culture Manual Kluwer Academic Publishers London 1992
Kučerovaacute P Mackovaacute M Macek T Chemickeacute listy 93 19-26 1999
Murphy D Plants biotechnology and agriculture Cambridge University Press 2011
Ovesnaacute J Kučera L Otaacutezky biologickeacute bezpečnosti GMO a mezinaacuterodniacute zaacutevazky ČR Sborniacutek VUacuteRV Praha 2004
Prochaacutezka S a kolektiv Fyziologie rostlin Academia 1998
Smith R H Plant tissue culture Techniques and experiments Second edition Academic Press 2000
Smith J E Biotechnology Cambridge 2009
Trigiano R N Gray D J Plant development and biotechnology CRC Press 2005
Biotechnologie
Biotechnologie jsou na zaacutekladě Evropskeacute federace pro biotechnologii (EFB) z roku 1981 definovaacuteny jako
bdquoSoubor postupů založenyacutech na technologiiacutech při nichž se využiacutevaacute metabolickeacuteho potenciaacutelu mikroskopickyacutech organizmůldquo Jsou to interdisciplinaacuterniacute obory zahrnujiacuteciacute a využiacutevajiacuteciacute poznatky mikrobiologie biochemie chemie a přiacuteslušnyacutech průmyslovyacutech odvětviacuteldquo wwwscimuniczmikrobkvasbiotechbiotechnologiebiotechnologiehtml
Multidisciplinaacuterniacute povaha (Smith 2009)
Biotechnologie podle definice OECD představuje aplikovaacuteniacute vědeckyacutech a technologickyacutech metod na živeacute organismy a jejich čaacutesti produkty nebo modely za uacutečelem přeměny živyacutech i neživyacutech materiaacutelů pro vytvaacuteřeniacute znalostiacute zbožiacute a služeb
z řečtiny bios + techne + logos
život + dovednost + znalost
staraacute definice
novaacute definice
OECD Organizace pro ekonomickou spolupraacuteci a rozvoj Organisation for Economic Co-operation and Development
Biotechnologie
BIOTECHNOLOGIE novyacute nebo staryacute vynaacutelez biotechnologie průmysloveacute zemědělskeacute leacutekařskeacute biotechnologie mikrobiaacutelniacute živočišneacute rostlinneacute obsah i dosah
biologickyacute psychologickyacute ekonomickyacute ekologickyacute (postoj Amišů ndash meacuteně pesticidů neniacute v rozporu s jejich životniacutem stylem rizika při uvaacuteděniacute do životniacuteho prostřediacute) etickyacute - oteviacuteraacuteme bdquoPandořinu skřiacutenkuldquo
- věda jako zachraacutence nebo nepřiacutetel lidstva
odpor GMO plodinaacutem potravinaacutem
akceptovatelneacute rezistentniacute plodiny k herbicidům
BIOTECHNOLOGIE - rozvoj 21 stoletiacute - integrovanaacute aplikace přiacuterodniacutech a inženyacuterskyacutech věd - ciacutelem je využitiacute organismů a čaacutestiacute organismů k vyacuterobě produktů nebo použitiacute různyacutech metod (postupů)
ČLENĚNIacute PODLE ODVĚTVIacuteZAMĚŘENIacute ČERVENAacute BIOTECHNOLOGIE (mediciacutena a farmacie) - leacutekařstviacute je považovaacutena za nejdůležitějšiacute oblast použitiacute - biotechnologickeacute postupy rostouciacute roli při vyacutevoji novyacutech leacuteků (např k leacutečbě rakoviny) diagnostice (DNA) využitiacute kmenovyacutech buněk při leacutečbě zaacutevažnyacutech chorob
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute) bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti proti hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - vyacuteznam genoveacute techniky kteraacute je zaacutekladem pro přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jineacute rostliny a umožňuje vyacutevoj odolnosti vůči hellip
ŠEDAacute BIOTECHNOLOGIE (životniacute prostřediacute-environmentaacutelniacute) - obnoveniacute znečištěneacuteho prostřediacute biomonitoring - indikaacutetory znečištěniacute - biotechnologickeacute postupy při sanaci půdy uacutepravě odpadniacutech vod čištěniacute vyacutefukovyacutech plynů využitiacute odpadu
BIacuteLAacute BIOTECHNOLOGIE (často spojovanaacute s šedou biotechnologiiacute) - chemickyacute průmysl vyprodukovat substance jako např alkohol vitamiacuteny aminokyseliny antibiotika enzymy způsobem ktereacute šetřiacute zdroje a životniacute prostřediacute s pomociacute živyacutech buněk (kvasinky pliacutesně bakterie)
MODRAacute BIOTECHNOLOGIE mořskeacute biologie biologickeacute organismy světovyacutech mořiacute - zdroje potravin energie leacutečiv surovin - bioprocessing šlechtěniacute a ochrana mořskyacutech organismů ciacutelenyacute chov vodniacutech organismů (aquaculture )
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute)
bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin = ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti vůči hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - genoveacute techniky = přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jinyacute umožňujiacute vyacutevoj odolnosti vůči hellip - využitiacute bakteriiacute ke zvyacutešeneacutemu růstu rostlin
- biomonitoring = využitiacute rostlin jako indikaacutetorů znečištěniacute půdy (kovy) - fytomining
Rostlinneacute biotechnologie
Kde by lideacute byli bez rostlin
Historie rostlin čas před proces vyacuteznam
45 miliardy let tvorba země nemožnyacute život
39 oceaacuteny voda je předpokladem pro uhliacutek-založenyacute život
35 nejstaršiacute cyanobacteria efektivnějšiacute fotosynteacuteza- rychlejšiacute růst O2
24 kysliacutek v atmosfeacuteře aerobniacute org postupně převažujiacute nad aerobniacutemi
21 endosymbioacuteza mezi cyanobacterium a eukaryotniacutem hostitelem prvniacute fotosyntetizujiacuteciacute eukaryotickyacute org -
jednobuněčnaacute řasa
16 mnohobuněčneacute řasy zeleneacute a červeneacute řasy
13 v atmosfeacuteře 3 O2 dominujiacute aerobniacute org nad aerobniacutemi
1 zvyšujiacuteciacute se počet mořskyacutech řas zvyacutešeniacute atmosfeacuterickeacuteho 02
750 milioacutenů mnohobuněčneacute zeleneacute řasy začaacutetek buněčneacute specializace
550 v atmosfeacuteře 12 O2
500 prvniacute suchozemskeacute rostliny eukaryotickaacute kolonizace země
470 prvniacute spory jaterniacutekům podobneacute rostliny
428 Cooksonia 2-3 cm velkeacute steacutelka Bryophyta s dominantniacute haploidniacute generaciacute
ceacutevnateacute rostliny bez semen- mechy přesličky kapradiny převažuje 2n generace
360 nejstaršiacute fosilniacute nahosemenneacute
140 nejstaršiacute krytosemenneacute
85 nejstaršiacute obiloviny
68 nejstaršiacute luštěniny adaptace na deficit N2
11 tisiacutec let domestifikace rostlin vliv člověka na rostliny
500 let globalizace zemědělskyacutech plodin světoveacute rozšiacuteřeniacute domestifikovanyacutech rostlin
300 člověkem prvniacute vyrobeneacute hybridniacute rostliny zaacuteměrneacute vytvaacuteřeniacute novyacutech druhů pro člověka
100 začaacutetek vědeckeacuteho šlechtěniacute rostlin manipulace s genomem a fenotypem rostlin
30 prvniacute transgenniacute rostlina novyacute gen do rostlinneacuteho genomu
20 prvniacute schvaacutelenaacute GMO rostlina - potravina rajče cv FLAVR SAVR Murphy 2011
6000 pnl produkce piva fermentaciacute (kvašeniacutem) Babyloacuteňaneacute Sumeroveacute
4000 pnl využitiacute kvasinek ve vyacuterobě piva a viacutena v Egyptě a Čiacuteně (znaacutem ječmen)
1675 Leeuwenhoek pozoroval bakterie
1860 Koch - rozvoj mikrobiologie
1857 Pasteur demonstrace fermentace - otec biotechnologiiacute
1877 Koch vypracoval techniky izolace a barveniacute bakteriiacute
1919 Ereky zavedeniacute termiacutenu biotechnologie
1935 Fleming objev peniciliacutenu - zavedeniacute sterilizace
1953 Watson a Crick popis struktury DNA
1975 Kohler a Milstein - produkce monoklonaacutelniacutech protilaacutetek
1978 produkce 1 lidskeacuteho proteinu v buňce firmou Genntech (USA) = inzuliacuten 1 praktickeacute využitiacute
1980 zavedeniacute metod rekombinantniacute DNA produkce inzuliacutenu v E coli
1994 schvaacuteleniacute prvniacute geneticky modifikovaneacute potraviny ndash rajče
1996 klonovaacuteniacute ovce Dolly Wilmuth a kol
Biotechnologie - historie
vyacuteroba jiacutedla a naacutepojů procesy vyviacutejeny za nesterilniacutech podmiacutenek zavedeniacute sterilniacutech podmiacutenek do biotechnologickyacutech procesů aplikace genetiky a technologie rekombinantniacute DNA
přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
nevyacutehoda - nekontrolovaneacute
zavedeniacute lidskeacuteho genu určujiacuteciacuteho produkci specifickeacute biacutelkoviny (inzuliacutenu) do bakterie pomociacute plazmidu - po zabudovaacuteniacute do genetickeacuteho aparaacutetu hostitelskeacute buňky je bakterie schopna produkovat AMK v přesně daneacutem pořadiacute a syntetizovat
lidskyacute inzuliacuten
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve
velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 11 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1843 superfosfaacutet hellip intenzivniacute hnojeniacute v zemědělstviacute
1849 Darwin - vznik druhů přirozenou selekciacute (cesta kolem světa Galapaacutegy)
1846-1850 krize monokultur - bdquobramborovyacuteldquo hladomor v Irsku (Phytophtora infestans)
1857 Pasteur - fermentace - otec biotechnologiiacute
1866 Mendel - publikuje svoje zaacutekony (znovu objeveny 1900)
1869 Miescher - objevuje DNA
1902 Haberlant - totipotence rostlinneacute buňky
1910 odrůda brambor Bintje (Holandsko) - odrůda roku 2012
1919 Ing Karl (Kaacuteroly) Ereky - termiacuten biotechnologie
migrace do Ameriky
technologie přeměny surovin na využitelneacute produkty pomociacute živyacutech organismů
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho
průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 10 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1923 Burbank USA - křiacuteženci bramboru odrůda
bdquoRUSSET BURBANKldquo (skladovatelnost hliacutez)
1933 prvniacute hybridi kukuřice
1941 Beadle a Tatum - hypoteacuteza 1 gen-1 enzym
1941 24-D (syntetickyacute auxin) jako prvyacute moderniacute herbicid
1950 1 radiomutanti chemomutanti řepka pšenice ryacuteže biacuteleacute fazole
ječmen (1965 - DIAMANT)
1960 ndash1970 ldquozelenaacute revoluceldquo zakrsliacute hybridi - Norman Borlaug
1970 NC miacuteru
1969 Triticale (Triticosecale tritikale žitovec - hybridniacute obilnina Triticum x Secale)
REKOMBINANTNIacute TECHNIKY
1985 prvniacute GM rostliny na poliacutech v UK
1995 odrůda bdquoBT NEW LEAF RUSSET BURBANKldquo
1998 zlataacute ryacuteže
2010 1 GMO hraacutech (Agritec)
I GMO odrůda brambor - odolnaacute vůči mandelince bramboroveacute vložen gen z bakteacuterie Bacillus thuringiensis produkujiacuteciacute protein narušujiacuteciacute vnitřnosti mandelinky
Mexiko 1943 import frac12 spotřeby pšenice 1944 plnaacute soběstačnost pšenice 1964 export 05 milionů tun pšenice
httpenwikipediaorgwikiNorman_Borlaug
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
BEZPEČNOST PRAacuteCE
Student je povinen řiacutedit se pokyny vedouciacuteho cvičeniacute - dbaacutet osobniacute bezpečnosti a bezpečnosti svyacutech kolegů v laboratoři
Student je povinen přichaacutezet na praktickaacute cvičeniacute včas seznaacutemen s naacutevodem praktickeacuteho cvičeniacute a doporučenyacutemi pomůckami
Student musiacute byacutet vybaven přezůvkami osobniacute věci (tašku batoh oblečeniacute) si uložiacute na vyhrazeneacute miacutesto ktereacute je zabezpečeno před zcizeniacutem
Před cvičeniacutem si student umyje a desinfikuje ruce určenyacutem desinfekčniacutem prostředkem - OROSEPT 70 etanol
Při praacuteci ve flowboxu student dodržuje zaacutesady pro aseptickou praacuteci desinfekčniacutem roztokem vytře box (ISORAPID) spustiacute box 10 min před zahaacutejeniacutem praacutece dbaacute aby saacutem nebyl zdrojem kontaminaciacute při nachlazeniacute použije roušku udržuje v boxu pořaacutedek
Student dbaacute bezpečnosti při praacuteci s ohněm (lihoveacute kahany)
Student dbaacute bezpečnosti a se zvyacutešenou opatrnostiacute pracuje s řeznyacutemi naacutestroji se sklem lihovyacutem kahanem a s elektřinou
Student zachaacuteziacute se svěřenyacutemi přiacutestroji šetrně jejich zaacutevady ihned hlaacutesiacute vyučujiacuteciacutemu (saacutem neopravuje)
Student hlaacutesiacute veškeraacute poraněniacute vyučujiacuteciacutemu
Po ukončeniacute cvičeniacute student vypne a uklidiacute flowbox uzavře kahan Zbytky rostlinneacuteho materiaacutelu zlikviduje umyje použiteacute sklo
BIOTECHNOLOGIE
- členěniacute interdisciplinaacuternost (mezioborovost)
- historie od počaacutetku po současnost - rostlinneacute bdquozeleneacuteldquo biotechnologie
Použitaacute literatura Bajaj Y P S Somatic hybridization in crop improvement 1994
Callaway D J Callaway M B Breeding ornamental plants Timber Press Oregon 2000
George E F Plant propagation by tissue culture The technology Exegetics Limited Edington 1993
Hall R D Plant cell culture protocols Humana Press Totowa (NJ) 1999
Heldman D R Wheler M B Hoover DG Encyklopedia of biotechnology in agriculture and food CRC Press 2011
Kreuzer H Massey A Biology and biotechnology Science Applications and issues ASM Press Washington DC 2005
Lindsey K Plant tissue culture Manual Kluwer Academic Publishers London 1992
Kučerovaacute P Mackovaacute M Macek T Chemickeacute listy 93 19-26 1999
Murphy D Plants biotechnology and agriculture Cambridge University Press 2011
Ovesnaacute J Kučera L Otaacutezky biologickeacute bezpečnosti GMO a mezinaacuterodniacute zaacutevazky ČR Sborniacutek VUacuteRV Praha 2004
Prochaacutezka S a kolektiv Fyziologie rostlin Academia 1998
Smith R H Plant tissue culture Techniques and experiments Second edition Academic Press 2000
Smith J E Biotechnology Cambridge 2009
Trigiano R N Gray D J Plant development and biotechnology CRC Press 2005
Biotechnologie
Biotechnologie jsou na zaacutekladě Evropskeacute federace pro biotechnologii (EFB) z roku 1981 definovaacuteny jako
bdquoSoubor postupů založenyacutech na technologiiacutech při nichž se využiacutevaacute metabolickeacuteho potenciaacutelu mikroskopickyacutech organizmůldquo Jsou to interdisciplinaacuterniacute obory zahrnujiacuteciacute a využiacutevajiacuteciacute poznatky mikrobiologie biochemie chemie a přiacuteslušnyacutech průmyslovyacutech odvětviacuteldquo wwwscimuniczmikrobkvasbiotechbiotechnologiebiotechnologiehtml
Multidisciplinaacuterniacute povaha (Smith 2009)
Biotechnologie podle definice OECD představuje aplikovaacuteniacute vědeckyacutech a technologickyacutech metod na živeacute organismy a jejich čaacutesti produkty nebo modely za uacutečelem přeměny živyacutech i neživyacutech materiaacutelů pro vytvaacuteřeniacute znalostiacute zbožiacute a služeb
z řečtiny bios + techne + logos
život + dovednost + znalost
staraacute definice
novaacute definice
OECD Organizace pro ekonomickou spolupraacuteci a rozvoj Organisation for Economic Co-operation and Development
Biotechnologie
BIOTECHNOLOGIE novyacute nebo staryacute vynaacutelez biotechnologie průmysloveacute zemědělskeacute leacutekařskeacute biotechnologie mikrobiaacutelniacute živočišneacute rostlinneacute obsah i dosah
biologickyacute psychologickyacute ekonomickyacute ekologickyacute (postoj Amišů ndash meacuteně pesticidů neniacute v rozporu s jejich životniacutem stylem rizika při uvaacuteděniacute do životniacuteho prostřediacute) etickyacute - oteviacuteraacuteme bdquoPandořinu skřiacutenkuldquo
- věda jako zachraacutence nebo nepřiacutetel lidstva
odpor GMO plodinaacutem potravinaacutem
akceptovatelneacute rezistentniacute plodiny k herbicidům
BIOTECHNOLOGIE - rozvoj 21 stoletiacute - integrovanaacute aplikace přiacuterodniacutech a inženyacuterskyacutech věd - ciacutelem je využitiacute organismů a čaacutestiacute organismů k vyacuterobě produktů nebo použitiacute různyacutech metod (postupů)
ČLENĚNIacute PODLE ODVĚTVIacuteZAMĚŘENIacute ČERVENAacute BIOTECHNOLOGIE (mediciacutena a farmacie) - leacutekařstviacute je považovaacutena za nejdůležitějšiacute oblast použitiacute - biotechnologickeacute postupy rostouciacute roli při vyacutevoji novyacutech leacuteků (např k leacutečbě rakoviny) diagnostice (DNA) využitiacute kmenovyacutech buněk při leacutečbě zaacutevažnyacutech chorob
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute) bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti proti hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - vyacuteznam genoveacute techniky kteraacute je zaacutekladem pro přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jineacute rostliny a umožňuje vyacutevoj odolnosti vůči hellip
ŠEDAacute BIOTECHNOLOGIE (životniacute prostřediacute-environmentaacutelniacute) - obnoveniacute znečištěneacuteho prostřediacute biomonitoring - indikaacutetory znečištěniacute - biotechnologickeacute postupy při sanaci půdy uacutepravě odpadniacutech vod čištěniacute vyacutefukovyacutech plynů využitiacute odpadu
BIacuteLAacute BIOTECHNOLOGIE (často spojovanaacute s šedou biotechnologiiacute) - chemickyacute průmysl vyprodukovat substance jako např alkohol vitamiacuteny aminokyseliny antibiotika enzymy způsobem ktereacute šetřiacute zdroje a životniacute prostřediacute s pomociacute živyacutech buněk (kvasinky pliacutesně bakterie)
MODRAacute BIOTECHNOLOGIE mořskeacute biologie biologickeacute organismy světovyacutech mořiacute - zdroje potravin energie leacutečiv surovin - bioprocessing šlechtěniacute a ochrana mořskyacutech organismů ciacutelenyacute chov vodniacutech organismů (aquaculture )
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute)
bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin = ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti vůči hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - genoveacute techniky = přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jinyacute umožňujiacute vyacutevoj odolnosti vůči hellip - využitiacute bakteriiacute ke zvyacutešeneacutemu růstu rostlin
- biomonitoring = využitiacute rostlin jako indikaacutetorů znečištěniacute půdy (kovy) - fytomining
Rostlinneacute biotechnologie
Kde by lideacute byli bez rostlin
Historie rostlin čas před proces vyacuteznam
45 miliardy let tvorba země nemožnyacute život
39 oceaacuteny voda je předpokladem pro uhliacutek-založenyacute život
35 nejstaršiacute cyanobacteria efektivnějšiacute fotosynteacuteza- rychlejšiacute růst O2
24 kysliacutek v atmosfeacuteře aerobniacute org postupně převažujiacute nad aerobniacutemi
21 endosymbioacuteza mezi cyanobacterium a eukaryotniacutem hostitelem prvniacute fotosyntetizujiacuteciacute eukaryotickyacute org -
jednobuněčnaacute řasa
16 mnohobuněčneacute řasy zeleneacute a červeneacute řasy
13 v atmosfeacuteře 3 O2 dominujiacute aerobniacute org nad aerobniacutemi
1 zvyšujiacuteciacute se počet mořskyacutech řas zvyacutešeniacute atmosfeacuterickeacuteho 02
750 milioacutenů mnohobuněčneacute zeleneacute řasy začaacutetek buněčneacute specializace
550 v atmosfeacuteře 12 O2
500 prvniacute suchozemskeacute rostliny eukaryotickaacute kolonizace země
470 prvniacute spory jaterniacutekům podobneacute rostliny
428 Cooksonia 2-3 cm velkeacute steacutelka Bryophyta s dominantniacute haploidniacute generaciacute
ceacutevnateacute rostliny bez semen- mechy přesličky kapradiny převažuje 2n generace
360 nejstaršiacute fosilniacute nahosemenneacute
140 nejstaršiacute krytosemenneacute
85 nejstaršiacute obiloviny
68 nejstaršiacute luštěniny adaptace na deficit N2
11 tisiacutec let domestifikace rostlin vliv člověka na rostliny
500 let globalizace zemědělskyacutech plodin světoveacute rozšiacuteřeniacute domestifikovanyacutech rostlin
300 člověkem prvniacute vyrobeneacute hybridniacute rostliny zaacuteměrneacute vytvaacuteřeniacute novyacutech druhů pro člověka
100 začaacutetek vědeckeacuteho šlechtěniacute rostlin manipulace s genomem a fenotypem rostlin
30 prvniacute transgenniacute rostlina novyacute gen do rostlinneacuteho genomu
20 prvniacute schvaacutelenaacute GMO rostlina - potravina rajče cv FLAVR SAVR Murphy 2011
6000 pnl produkce piva fermentaciacute (kvašeniacutem) Babyloacuteňaneacute Sumeroveacute
4000 pnl využitiacute kvasinek ve vyacuterobě piva a viacutena v Egyptě a Čiacuteně (znaacutem ječmen)
1675 Leeuwenhoek pozoroval bakterie
1860 Koch - rozvoj mikrobiologie
1857 Pasteur demonstrace fermentace - otec biotechnologiiacute
1877 Koch vypracoval techniky izolace a barveniacute bakteriiacute
1919 Ereky zavedeniacute termiacutenu biotechnologie
1935 Fleming objev peniciliacutenu - zavedeniacute sterilizace
1953 Watson a Crick popis struktury DNA
1975 Kohler a Milstein - produkce monoklonaacutelniacutech protilaacutetek
1978 produkce 1 lidskeacuteho proteinu v buňce firmou Genntech (USA) = inzuliacuten 1 praktickeacute využitiacute
1980 zavedeniacute metod rekombinantniacute DNA produkce inzuliacutenu v E coli
1994 schvaacuteleniacute prvniacute geneticky modifikovaneacute potraviny ndash rajče
1996 klonovaacuteniacute ovce Dolly Wilmuth a kol
Biotechnologie - historie
vyacuteroba jiacutedla a naacutepojů procesy vyviacutejeny za nesterilniacutech podmiacutenek zavedeniacute sterilniacutech podmiacutenek do biotechnologickyacutech procesů aplikace genetiky a technologie rekombinantniacute DNA
přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
nevyacutehoda - nekontrolovaneacute
zavedeniacute lidskeacuteho genu určujiacuteciacuteho produkci specifickeacute biacutelkoviny (inzuliacutenu) do bakterie pomociacute plazmidu - po zabudovaacuteniacute do genetickeacuteho aparaacutetu hostitelskeacute buňky je bakterie schopna produkovat AMK v přesně daneacutem pořadiacute a syntetizovat
lidskyacute inzuliacuten
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve
velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 11 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1843 superfosfaacutet hellip intenzivniacute hnojeniacute v zemědělstviacute
1849 Darwin - vznik druhů přirozenou selekciacute (cesta kolem světa Galapaacutegy)
1846-1850 krize monokultur - bdquobramborovyacuteldquo hladomor v Irsku (Phytophtora infestans)
1857 Pasteur - fermentace - otec biotechnologiiacute
1866 Mendel - publikuje svoje zaacutekony (znovu objeveny 1900)
1869 Miescher - objevuje DNA
1902 Haberlant - totipotence rostlinneacute buňky
1910 odrůda brambor Bintje (Holandsko) - odrůda roku 2012
1919 Ing Karl (Kaacuteroly) Ereky - termiacuten biotechnologie
migrace do Ameriky
technologie přeměny surovin na využitelneacute produkty pomociacute živyacutech organismů
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho
průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 10 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1923 Burbank USA - křiacuteženci bramboru odrůda
bdquoRUSSET BURBANKldquo (skladovatelnost hliacutez)
1933 prvniacute hybridi kukuřice
1941 Beadle a Tatum - hypoteacuteza 1 gen-1 enzym
1941 24-D (syntetickyacute auxin) jako prvyacute moderniacute herbicid
1950 1 radiomutanti chemomutanti řepka pšenice ryacuteže biacuteleacute fazole
ječmen (1965 - DIAMANT)
1960 ndash1970 ldquozelenaacute revoluceldquo zakrsliacute hybridi - Norman Borlaug
1970 NC miacuteru
1969 Triticale (Triticosecale tritikale žitovec - hybridniacute obilnina Triticum x Secale)
REKOMBINANTNIacute TECHNIKY
1985 prvniacute GM rostliny na poliacutech v UK
1995 odrůda bdquoBT NEW LEAF RUSSET BURBANKldquo
1998 zlataacute ryacuteže
2010 1 GMO hraacutech (Agritec)
I GMO odrůda brambor - odolnaacute vůči mandelince bramboroveacute vložen gen z bakteacuterie Bacillus thuringiensis produkujiacuteciacute protein narušujiacuteciacute vnitřnosti mandelinky
Mexiko 1943 import frac12 spotřeby pšenice 1944 plnaacute soběstačnost pšenice 1964 export 05 milionů tun pšenice
httpenwikipediaorgwikiNorman_Borlaug
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
BIOTECHNOLOGIE
- členěniacute interdisciplinaacuternost (mezioborovost)
- historie od počaacutetku po současnost - rostlinneacute bdquozeleneacuteldquo biotechnologie
Použitaacute literatura Bajaj Y P S Somatic hybridization in crop improvement 1994
Callaway D J Callaway M B Breeding ornamental plants Timber Press Oregon 2000
George E F Plant propagation by tissue culture The technology Exegetics Limited Edington 1993
Hall R D Plant cell culture protocols Humana Press Totowa (NJ) 1999
Heldman D R Wheler M B Hoover DG Encyklopedia of biotechnology in agriculture and food CRC Press 2011
Kreuzer H Massey A Biology and biotechnology Science Applications and issues ASM Press Washington DC 2005
Lindsey K Plant tissue culture Manual Kluwer Academic Publishers London 1992
Kučerovaacute P Mackovaacute M Macek T Chemickeacute listy 93 19-26 1999
Murphy D Plants biotechnology and agriculture Cambridge University Press 2011
Ovesnaacute J Kučera L Otaacutezky biologickeacute bezpečnosti GMO a mezinaacuterodniacute zaacutevazky ČR Sborniacutek VUacuteRV Praha 2004
Prochaacutezka S a kolektiv Fyziologie rostlin Academia 1998
Smith R H Plant tissue culture Techniques and experiments Second edition Academic Press 2000
Smith J E Biotechnology Cambridge 2009
Trigiano R N Gray D J Plant development and biotechnology CRC Press 2005
Biotechnologie
Biotechnologie jsou na zaacutekladě Evropskeacute federace pro biotechnologii (EFB) z roku 1981 definovaacuteny jako
bdquoSoubor postupů založenyacutech na technologiiacutech při nichž se využiacutevaacute metabolickeacuteho potenciaacutelu mikroskopickyacutech organizmůldquo Jsou to interdisciplinaacuterniacute obory zahrnujiacuteciacute a využiacutevajiacuteciacute poznatky mikrobiologie biochemie chemie a přiacuteslušnyacutech průmyslovyacutech odvětviacuteldquo wwwscimuniczmikrobkvasbiotechbiotechnologiebiotechnologiehtml
Multidisciplinaacuterniacute povaha (Smith 2009)
Biotechnologie podle definice OECD představuje aplikovaacuteniacute vědeckyacutech a technologickyacutech metod na živeacute organismy a jejich čaacutesti produkty nebo modely za uacutečelem přeměny živyacutech i neživyacutech materiaacutelů pro vytvaacuteřeniacute znalostiacute zbožiacute a služeb
z řečtiny bios + techne + logos
život + dovednost + znalost
staraacute definice
novaacute definice
OECD Organizace pro ekonomickou spolupraacuteci a rozvoj Organisation for Economic Co-operation and Development
Biotechnologie
BIOTECHNOLOGIE novyacute nebo staryacute vynaacutelez biotechnologie průmysloveacute zemědělskeacute leacutekařskeacute biotechnologie mikrobiaacutelniacute živočišneacute rostlinneacute obsah i dosah
biologickyacute psychologickyacute ekonomickyacute ekologickyacute (postoj Amišů ndash meacuteně pesticidů neniacute v rozporu s jejich životniacutem stylem rizika při uvaacuteděniacute do životniacuteho prostřediacute) etickyacute - oteviacuteraacuteme bdquoPandořinu skřiacutenkuldquo
- věda jako zachraacutence nebo nepřiacutetel lidstva
odpor GMO plodinaacutem potravinaacutem
akceptovatelneacute rezistentniacute plodiny k herbicidům
BIOTECHNOLOGIE - rozvoj 21 stoletiacute - integrovanaacute aplikace přiacuterodniacutech a inženyacuterskyacutech věd - ciacutelem je využitiacute organismů a čaacutestiacute organismů k vyacuterobě produktů nebo použitiacute různyacutech metod (postupů)
ČLENĚNIacute PODLE ODVĚTVIacuteZAMĚŘENIacute ČERVENAacute BIOTECHNOLOGIE (mediciacutena a farmacie) - leacutekařstviacute je považovaacutena za nejdůležitějšiacute oblast použitiacute - biotechnologickeacute postupy rostouciacute roli při vyacutevoji novyacutech leacuteků (např k leacutečbě rakoviny) diagnostice (DNA) využitiacute kmenovyacutech buněk při leacutečbě zaacutevažnyacutech chorob
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute) bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti proti hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - vyacuteznam genoveacute techniky kteraacute je zaacutekladem pro přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jineacute rostliny a umožňuje vyacutevoj odolnosti vůči hellip
ŠEDAacute BIOTECHNOLOGIE (životniacute prostřediacute-environmentaacutelniacute) - obnoveniacute znečištěneacuteho prostřediacute biomonitoring - indikaacutetory znečištěniacute - biotechnologickeacute postupy při sanaci půdy uacutepravě odpadniacutech vod čištěniacute vyacutefukovyacutech plynů využitiacute odpadu
BIacuteLAacute BIOTECHNOLOGIE (často spojovanaacute s šedou biotechnologiiacute) - chemickyacute průmysl vyprodukovat substance jako např alkohol vitamiacuteny aminokyseliny antibiotika enzymy způsobem ktereacute šetřiacute zdroje a životniacute prostřediacute s pomociacute živyacutech buněk (kvasinky pliacutesně bakterie)
MODRAacute BIOTECHNOLOGIE mořskeacute biologie biologickeacute organismy světovyacutech mořiacute - zdroje potravin energie leacutečiv surovin - bioprocessing šlechtěniacute a ochrana mořskyacutech organismů ciacutelenyacute chov vodniacutech organismů (aquaculture )
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute)
bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin = ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti vůči hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - genoveacute techniky = přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jinyacute umožňujiacute vyacutevoj odolnosti vůči hellip - využitiacute bakteriiacute ke zvyacutešeneacutemu růstu rostlin
- biomonitoring = využitiacute rostlin jako indikaacutetorů znečištěniacute půdy (kovy) - fytomining
Rostlinneacute biotechnologie
Kde by lideacute byli bez rostlin
Historie rostlin čas před proces vyacuteznam
45 miliardy let tvorba země nemožnyacute život
39 oceaacuteny voda je předpokladem pro uhliacutek-založenyacute život
35 nejstaršiacute cyanobacteria efektivnějšiacute fotosynteacuteza- rychlejšiacute růst O2
24 kysliacutek v atmosfeacuteře aerobniacute org postupně převažujiacute nad aerobniacutemi
21 endosymbioacuteza mezi cyanobacterium a eukaryotniacutem hostitelem prvniacute fotosyntetizujiacuteciacute eukaryotickyacute org -
jednobuněčnaacute řasa
16 mnohobuněčneacute řasy zeleneacute a červeneacute řasy
13 v atmosfeacuteře 3 O2 dominujiacute aerobniacute org nad aerobniacutemi
1 zvyšujiacuteciacute se počet mořskyacutech řas zvyacutešeniacute atmosfeacuterickeacuteho 02
750 milioacutenů mnohobuněčneacute zeleneacute řasy začaacutetek buněčneacute specializace
550 v atmosfeacuteře 12 O2
500 prvniacute suchozemskeacute rostliny eukaryotickaacute kolonizace země
470 prvniacute spory jaterniacutekům podobneacute rostliny
428 Cooksonia 2-3 cm velkeacute steacutelka Bryophyta s dominantniacute haploidniacute generaciacute
ceacutevnateacute rostliny bez semen- mechy přesličky kapradiny převažuje 2n generace
360 nejstaršiacute fosilniacute nahosemenneacute
140 nejstaršiacute krytosemenneacute
85 nejstaršiacute obiloviny
68 nejstaršiacute luštěniny adaptace na deficit N2
11 tisiacutec let domestifikace rostlin vliv člověka na rostliny
500 let globalizace zemědělskyacutech plodin světoveacute rozšiacuteřeniacute domestifikovanyacutech rostlin
300 člověkem prvniacute vyrobeneacute hybridniacute rostliny zaacuteměrneacute vytvaacuteřeniacute novyacutech druhů pro člověka
100 začaacutetek vědeckeacuteho šlechtěniacute rostlin manipulace s genomem a fenotypem rostlin
30 prvniacute transgenniacute rostlina novyacute gen do rostlinneacuteho genomu
20 prvniacute schvaacutelenaacute GMO rostlina - potravina rajče cv FLAVR SAVR Murphy 2011
6000 pnl produkce piva fermentaciacute (kvašeniacutem) Babyloacuteňaneacute Sumeroveacute
4000 pnl využitiacute kvasinek ve vyacuterobě piva a viacutena v Egyptě a Čiacuteně (znaacutem ječmen)
1675 Leeuwenhoek pozoroval bakterie
1860 Koch - rozvoj mikrobiologie
1857 Pasteur demonstrace fermentace - otec biotechnologiiacute
1877 Koch vypracoval techniky izolace a barveniacute bakteriiacute
1919 Ereky zavedeniacute termiacutenu biotechnologie
1935 Fleming objev peniciliacutenu - zavedeniacute sterilizace
1953 Watson a Crick popis struktury DNA
1975 Kohler a Milstein - produkce monoklonaacutelniacutech protilaacutetek
1978 produkce 1 lidskeacuteho proteinu v buňce firmou Genntech (USA) = inzuliacuten 1 praktickeacute využitiacute
1980 zavedeniacute metod rekombinantniacute DNA produkce inzuliacutenu v E coli
1994 schvaacuteleniacute prvniacute geneticky modifikovaneacute potraviny ndash rajče
1996 klonovaacuteniacute ovce Dolly Wilmuth a kol
Biotechnologie - historie
vyacuteroba jiacutedla a naacutepojů procesy vyviacutejeny za nesterilniacutech podmiacutenek zavedeniacute sterilniacutech podmiacutenek do biotechnologickyacutech procesů aplikace genetiky a technologie rekombinantniacute DNA
přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
nevyacutehoda - nekontrolovaneacute
zavedeniacute lidskeacuteho genu určujiacuteciacuteho produkci specifickeacute biacutelkoviny (inzuliacutenu) do bakterie pomociacute plazmidu - po zabudovaacuteniacute do genetickeacuteho aparaacutetu hostitelskeacute buňky je bakterie schopna produkovat AMK v přesně daneacutem pořadiacute a syntetizovat
lidskyacute inzuliacuten
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve
velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 11 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1843 superfosfaacutet hellip intenzivniacute hnojeniacute v zemědělstviacute
1849 Darwin - vznik druhů přirozenou selekciacute (cesta kolem světa Galapaacutegy)
1846-1850 krize monokultur - bdquobramborovyacuteldquo hladomor v Irsku (Phytophtora infestans)
1857 Pasteur - fermentace - otec biotechnologiiacute
1866 Mendel - publikuje svoje zaacutekony (znovu objeveny 1900)
1869 Miescher - objevuje DNA
1902 Haberlant - totipotence rostlinneacute buňky
1910 odrůda brambor Bintje (Holandsko) - odrůda roku 2012
1919 Ing Karl (Kaacuteroly) Ereky - termiacuten biotechnologie
migrace do Ameriky
technologie přeměny surovin na využitelneacute produkty pomociacute živyacutech organismů
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho
průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 10 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1923 Burbank USA - křiacuteženci bramboru odrůda
bdquoRUSSET BURBANKldquo (skladovatelnost hliacutez)
1933 prvniacute hybridi kukuřice
1941 Beadle a Tatum - hypoteacuteza 1 gen-1 enzym
1941 24-D (syntetickyacute auxin) jako prvyacute moderniacute herbicid
1950 1 radiomutanti chemomutanti řepka pšenice ryacuteže biacuteleacute fazole
ječmen (1965 - DIAMANT)
1960 ndash1970 ldquozelenaacute revoluceldquo zakrsliacute hybridi - Norman Borlaug
1970 NC miacuteru
1969 Triticale (Triticosecale tritikale žitovec - hybridniacute obilnina Triticum x Secale)
REKOMBINANTNIacute TECHNIKY
1985 prvniacute GM rostliny na poliacutech v UK
1995 odrůda bdquoBT NEW LEAF RUSSET BURBANKldquo
1998 zlataacute ryacuteže
2010 1 GMO hraacutech (Agritec)
I GMO odrůda brambor - odolnaacute vůči mandelince bramboroveacute vložen gen z bakteacuterie Bacillus thuringiensis produkujiacuteciacute protein narušujiacuteciacute vnitřnosti mandelinky
Mexiko 1943 import frac12 spotřeby pšenice 1944 plnaacute soběstačnost pšenice 1964 export 05 milionů tun pšenice
httpenwikipediaorgwikiNorman_Borlaug
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
Použitaacute literatura Bajaj Y P S Somatic hybridization in crop improvement 1994
Callaway D J Callaway M B Breeding ornamental plants Timber Press Oregon 2000
George E F Plant propagation by tissue culture The technology Exegetics Limited Edington 1993
Hall R D Plant cell culture protocols Humana Press Totowa (NJ) 1999
Heldman D R Wheler M B Hoover DG Encyklopedia of biotechnology in agriculture and food CRC Press 2011
Kreuzer H Massey A Biology and biotechnology Science Applications and issues ASM Press Washington DC 2005
Lindsey K Plant tissue culture Manual Kluwer Academic Publishers London 1992
Kučerovaacute P Mackovaacute M Macek T Chemickeacute listy 93 19-26 1999
Murphy D Plants biotechnology and agriculture Cambridge University Press 2011
Ovesnaacute J Kučera L Otaacutezky biologickeacute bezpečnosti GMO a mezinaacuterodniacute zaacutevazky ČR Sborniacutek VUacuteRV Praha 2004
Prochaacutezka S a kolektiv Fyziologie rostlin Academia 1998
Smith R H Plant tissue culture Techniques and experiments Second edition Academic Press 2000
Smith J E Biotechnology Cambridge 2009
Trigiano R N Gray D J Plant development and biotechnology CRC Press 2005
Biotechnologie
Biotechnologie jsou na zaacutekladě Evropskeacute federace pro biotechnologii (EFB) z roku 1981 definovaacuteny jako
bdquoSoubor postupů založenyacutech na technologiiacutech při nichž se využiacutevaacute metabolickeacuteho potenciaacutelu mikroskopickyacutech organizmůldquo Jsou to interdisciplinaacuterniacute obory zahrnujiacuteciacute a využiacutevajiacuteciacute poznatky mikrobiologie biochemie chemie a přiacuteslušnyacutech průmyslovyacutech odvětviacuteldquo wwwscimuniczmikrobkvasbiotechbiotechnologiebiotechnologiehtml
Multidisciplinaacuterniacute povaha (Smith 2009)
Biotechnologie podle definice OECD představuje aplikovaacuteniacute vědeckyacutech a technologickyacutech metod na živeacute organismy a jejich čaacutesti produkty nebo modely za uacutečelem přeměny živyacutech i neživyacutech materiaacutelů pro vytvaacuteřeniacute znalostiacute zbožiacute a služeb
z řečtiny bios + techne + logos
život + dovednost + znalost
staraacute definice
novaacute definice
OECD Organizace pro ekonomickou spolupraacuteci a rozvoj Organisation for Economic Co-operation and Development
Biotechnologie
BIOTECHNOLOGIE novyacute nebo staryacute vynaacutelez biotechnologie průmysloveacute zemědělskeacute leacutekařskeacute biotechnologie mikrobiaacutelniacute živočišneacute rostlinneacute obsah i dosah
biologickyacute psychologickyacute ekonomickyacute ekologickyacute (postoj Amišů ndash meacuteně pesticidů neniacute v rozporu s jejich životniacutem stylem rizika při uvaacuteděniacute do životniacuteho prostřediacute) etickyacute - oteviacuteraacuteme bdquoPandořinu skřiacutenkuldquo
- věda jako zachraacutence nebo nepřiacutetel lidstva
odpor GMO plodinaacutem potravinaacutem
akceptovatelneacute rezistentniacute plodiny k herbicidům
BIOTECHNOLOGIE - rozvoj 21 stoletiacute - integrovanaacute aplikace přiacuterodniacutech a inženyacuterskyacutech věd - ciacutelem je využitiacute organismů a čaacutestiacute organismů k vyacuterobě produktů nebo použitiacute různyacutech metod (postupů)
ČLENĚNIacute PODLE ODVĚTVIacuteZAMĚŘENIacute ČERVENAacute BIOTECHNOLOGIE (mediciacutena a farmacie) - leacutekařstviacute je považovaacutena za nejdůležitějšiacute oblast použitiacute - biotechnologickeacute postupy rostouciacute roli při vyacutevoji novyacutech leacuteků (např k leacutečbě rakoviny) diagnostice (DNA) využitiacute kmenovyacutech buněk při leacutečbě zaacutevažnyacutech chorob
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute) bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti proti hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - vyacuteznam genoveacute techniky kteraacute je zaacutekladem pro přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jineacute rostliny a umožňuje vyacutevoj odolnosti vůči hellip
ŠEDAacute BIOTECHNOLOGIE (životniacute prostřediacute-environmentaacutelniacute) - obnoveniacute znečištěneacuteho prostřediacute biomonitoring - indikaacutetory znečištěniacute - biotechnologickeacute postupy při sanaci půdy uacutepravě odpadniacutech vod čištěniacute vyacutefukovyacutech plynů využitiacute odpadu
BIacuteLAacute BIOTECHNOLOGIE (často spojovanaacute s šedou biotechnologiiacute) - chemickyacute průmysl vyprodukovat substance jako např alkohol vitamiacuteny aminokyseliny antibiotika enzymy způsobem ktereacute šetřiacute zdroje a životniacute prostřediacute s pomociacute živyacutech buněk (kvasinky pliacutesně bakterie)
MODRAacute BIOTECHNOLOGIE mořskeacute biologie biologickeacute organismy světovyacutech mořiacute - zdroje potravin energie leacutečiv surovin - bioprocessing šlechtěniacute a ochrana mořskyacutech organismů ciacutelenyacute chov vodniacutech organismů (aquaculture )
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute)
bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin = ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti vůči hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - genoveacute techniky = přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jinyacute umožňujiacute vyacutevoj odolnosti vůči hellip - využitiacute bakteriiacute ke zvyacutešeneacutemu růstu rostlin
- biomonitoring = využitiacute rostlin jako indikaacutetorů znečištěniacute půdy (kovy) - fytomining
Rostlinneacute biotechnologie
Kde by lideacute byli bez rostlin
Historie rostlin čas před proces vyacuteznam
45 miliardy let tvorba země nemožnyacute život
39 oceaacuteny voda je předpokladem pro uhliacutek-založenyacute život
35 nejstaršiacute cyanobacteria efektivnějšiacute fotosynteacuteza- rychlejšiacute růst O2
24 kysliacutek v atmosfeacuteře aerobniacute org postupně převažujiacute nad aerobniacutemi
21 endosymbioacuteza mezi cyanobacterium a eukaryotniacutem hostitelem prvniacute fotosyntetizujiacuteciacute eukaryotickyacute org -
jednobuněčnaacute řasa
16 mnohobuněčneacute řasy zeleneacute a červeneacute řasy
13 v atmosfeacuteře 3 O2 dominujiacute aerobniacute org nad aerobniacutemi
1 zvyšujiacuteciacute se počet mořskyacutech řas zvyacutešeniacute atmosfeacuterickeacuteho 02
750 milioacutenů mnohobuněčneacute zeleneacute řasy začaacutetek buněčneacute specializace
550 v atmosfeacuteře 12 O2
500 prvniacute suchozemskeacute rostliny eukaryotickaacute kolonizace země
470 prvniacute spory jaterniacutekům podobneacute rostliny
428 Cooksonia 2-3 cm velkeacute steacutelka Bryophyta s dominantniacute haploidniacute generaciacute
ceacutevnateacute rostliny bez semen- mechy přesličky kapradiny převažuje 2n generace
360 nejstaršiacute fosilniacute nahosemenneacute
140 nejstaršiacute krytosemenneacute
85 nejstaršiacute obiloviny
68 nejstaršiacute luštěniny adaptace na deficit N2
11 tisiacutec let domestifikace rostlin vliv člověka na rostliny
500 let globalizace zemědělskyacutech plodin světoveacute rozšiacuteřeniacute domestifikovanyacutech rostlin
300 člověkem prvniacute vyrobeneacute hybridniacute rostliny zaacuteměrneacute vytvaacuteřeniacute novyacutech druhů pro člověka
100 začaacutetek vědeckeacuteho šlechtěniacute rostlin manipulace s genomem a fenotypem rostlin
30 prvniacute transgenniacute rostlina novyacute gen do rostlinneacuteho genomu
20 prvniacute schvaacutelenaacute GMO rostlina - potravina rajče cv FLAVR SAVR Murphy 2011
6000 pnl produkce piva fermentaciacute (kvašeniacutem) Babyloacuteňaneacute Sumeroveacute
4000 pnl využitiacute kvasinek ve vyacuterobě piva a viacutena v Egyptě a Čiacuteně (znaacutem ječmen)
1675 Leeuwenhoek pozoroval bakterie
1860 Koch - rozvoj mikrobiologie
1857 Pasteur demonstrace fermentace - otec biotechnologiiacute
1877 Koch vypracoval techniky izolace a barveniacute bakteriiacute
1919 Ereky zavedeniacute termiacutenu biotechnologie
1935 Fleming objev peniciliacutenu - zavedeniacute sterilizace
1953 Watson a Crick popis struktury DNA
1975 Kohler a Milstein - produkce monoklonaacutelniacutech protilaacutetek
1978 produkce 1 lidskeacuteho proteinu v buňce firmou Genntech (USA) = inzuliacuten 1 praktickeacute využitiacute
1980 zavedeniacute metod rekombinantniacute DNA produkce inzuliacutenu v E coli
1994 schvaacuteleniacute prvniacute geneticky modifikovaneacute potraviny ndash rajče
1996 klonovaacuteniacute ovce Dolly Wilmuth a kol
Biotechnologie - historie
vyacuteroba jiacutedla a naacutepojů procesy vyviacutejeny za nesterilniacutech podmiacutenek zavedeniacute sterilniacutech podmiacutenek do biotechnologickyacutech procesů aplikace genetiky a technologie rekombinantniacute DNA
přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
nevyacutehoda - nekontrolovaneacute
zavedeniacute lidskeacuteho genu určujiacuteciacuteho produkci specifickeacute biacutelkoviny (inzuliacutenu) do bakterie pomociacute plazmidu - po zabudovaacuteniacute do genetickeacuteho aparaacutetu hostitelskeacute buňky je bakterie schopna produkovat AMK v přesně daneacutem pořadiacute a syntetizovat
lidskyacute inzuliacuten
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve
velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 11 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1843 superfosfaacutet hellip intenzivniacute hnojeniacute v zemědělstviacute
1849 Darwin - vznik druhů přirozenou selekciacute (cesta kolem světa Galapaacutegy)
1846-1850 krize monokultur - bdquobramborovyacuteldquo hladomor v Irsku (Phytophtora infestans)
1857 Pasteur - fermentace - otec biotechnologiiacute
1866 Mendel - publikuje svoje zaacutekony (znovu objeveny 1900)
1869 Miescher - objevuje DNA
1902 Haberlant - totipotence rostlinneacute buňky
1910 odrůda brambor Bintje (Holandsko) - odrůda roku 2012
1919 Ing Karl (Kaacuteroly) Ereky - termiacuten biotechnologie
migrace do Ameriky
technologie přeměny surovin na využitelneacute produkty pomociacute živyacutech organismů
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho
průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 10 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1923 Burbank USA - křiacuteženci bramboru odrůda
bdquoRUSSET BURBANKldquo (skladovatelnost hliacutez)
1933 prvniacute hybridi kukuřice
1941 Beadle a Tatum - hypoteacuteza 1 gen-1 enzym
1941 24-D (syntetickyacute auxin) jako prvyacute moderniacute herbicid
1950 1 radiomutanti chemomutanti řepka pšenice ryacuteže biacuteleacute fazole
ječmen (1965 - DIAMANT)
1960 ndash1970 ldquozelenaacute revoluceldquo zakrsliacute hybridi - Norman Borlaug
1970 NC miacuteru
1969 Triticale (Triticosecale tritikale žitovec - hybridniacute obilnina Triticum x Secale)
REKOMBINANTNIacute TECHNIKY
1985 prvniacute GM rostliny na poliacutech v UK
1995 odrůda bdquoBT NEW LEAF RUSSET BURBANKldquo
1998 zlataacute ryacuteže
2010 1 GMO hraacutech (Agritec)
I GMO odrůda brambor - odolnaacute vůči mandelince bramboroveacute vložen gen z bakteacuterie Bacillus thuringiensis produkujiacuteciacute protein narušujiacuteciacute vnitřnosti mandelinky
Mexiko 1943 import frac12 spotřeby pšenice 1944 plnaacute soběstačnost pšenice 1964 export 05 milionů tun pšenice
httpenwikipediaorgwikiNorman_Borlaug
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
Biotechnologie
Biotechnologie jsou na zaacutekladě Evropskeacute federace pro biotechnologii (EFB) z roku 1981 definovaacuteny jako
bdquoSoubor postupů založenyacutech na technologiiacutech při nichž se využiacutevaacute metabolickeacuteho potenciaacutelu mikroskopickyacutech organizmůldquo Jsou to interdisciplinaacuterniacute obory zahrnujiacuteciacute a využiacutevajiacuteciacute poznatky mikrobiologie biochemie chemie a přiacuteslušnyacutech průmyslovyacutech odvětviacuteldquo wwwscimuniczmikrobkvasbiotechbiotechnologiebiotechnologiehtml
Multidisciplinaacuterniacute povaha (Smith 2009)
Biotechnologie podle definice OECD představuje aplikovaacuteniacute vědeckyacutech a technologickyacutech metod na živeacute organismy a jejich čaacutesti produkty nebo modely za uacutečelem přeměny živyacutech i neživyacutech materiaacutelů pro vytvaacuteřeniacute znalostiacute zbožiacute a služeb
z řečtiny bios + techne + logos
život + dovednost + znalost
staraacute definice
novaacute definice
OECD Organizace pro ekonomickou spolupraacuteci a rozvoj Organisation for Economic Co-operation and Development
Biotechnologie
BIOTECHNOLOGIE novyacute nebo staryacute vynaacutelez biotechnologie průmysloveacute zemědělskeacute leacutekařskeacute biotechnologie mikrobiaacutelniacute živočišneacute rostlinneacute obsah i dosah
biologickyacute psychologickyacute ekonomickyacute ekologickyacute (postoj Amišů ndash meacuteně pesticidů neniacute v rozporu s jejich životniacutem stylem rizika při uvaacuteděniacute do životniacuteho prostřediacute) etickyacute - oteviacuteraacuteme bdquoPandořinu skřiacutenkuldquo
- věda jako zachraacutence nebo nepřiacutetel lidstva
odpor GMO plodinaacutem potravinaacutem
akceptovatelneacute rezistentniacute plodiny k herbicidům
BIOTECHNOLOGIE - rozvoj 21 stoletiacute - integrovanaacute aplikace přiacuterodniacutech a inženyacuterskyacutech věd - ciacutelem je využitiacute organismů a čaacutestiacute organismů k vyacuterobě produktů nebo použitiacute různyacutech metod (postupů)
ČLENĚNIacute PODLE ODVĚTVIacuteZAMĚŘENIacute ČERVENAacute BIOTECHNOLOGIE (mediciacutena a farmacie) - leacutekařstviacute je považovaacutena za nejdůležitějšiacute oblast použitiacute - biotechnologickeacute postupy rostouciacute roli při vyacutevoji novyacutech leacuteků (např k leacutečbě rakoviny) diagnostice (DNA) využitiacute kmenovyacutech buněk při leacutečbě zaacutevažnyacutech chorob
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute) bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti proti hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - vyacuteznam genoveacute techniky kteraacute je zaacutekladem pro přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jineacute rostliny a umožňuje vyacutevoj odolnosti vůči hellip
ŠEDAacute BIOTECHNOLOGIE (životniacute prostřediacute-environmentaacutelniacute) - obnoveniacute znečištěneacuteho prostřediacute biomonitoring - indikaacutetory znečištěniacute - biotechnologickeacute postupy při sanaci půdy uacutepravě odpadniacutech vod čištěniacute vyacutefukovyacutech plynů využitiacute odpadu
BIacuteLAacute BIOTECHNOLOGIE (často spojovanaacute s šedou biotechnologiiacute) - chemickyacute průmysl vyprodukovat substance jako např alkohol vitamiacuteny aminokyseliny antibiotika enzymy způsobem ktereacute šetřiacute zdroje a životniacute prostřediacute s pomociacute živyacutech buněk (kvasinky pliacutesně bakterie)
MODRAacute BIOTECHNOLOGIE mořskeacute biologie biologickeacute organismy světovyacutech mořiacute - zdroje potravin energie leacutečiv surovin - bioprocessing šlechtěniacute a ochrana mořskyacutech organismů ciacutelenyacute chov vodniacutech organismů (aquaculture )
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute)
bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin = ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti vůči hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - genoveacute techniky = přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jinyacute umožňujiacute vyacutevoj odolnosti vůči hellip - využitiacute bakteriiacute ke zvyacutešeneacutemu růstu rostlin
- biomonitoring = využitiacute rostlin jako indikaacutetorů znečištěniacute půdy (kovy) - fytomining
Rostlinneacute biotechnologie
Kde by lideacute byli bez rostlin
Historie rostlin čas před proces vyacuteznam
45 miliardy let tvorba země nemožnyacute život
39 oceaacuteny voda je předpokladem pro uhliacutek-založenyacute život
35 nejstaršiacute cyanobacteria efektivnějšiacute fotosynteacuteza- rychlejšiacute růst O2
24 kysliacutek v atmosfeacuteře aerobniacute org postupně převažujiacute nad aerobniacutemi
21 endosymbioacuteza mezi cyanobacterium a eukaryotniacutem hostitelem prvniacute fotosyntetizujiacuteciacute eukaryotickyacute org -
jednobuněčnaacute řasa
16 mnohobuněčneacute řasy zeleneacute a červeneacute řasy
13 v atmosfeacuteře 3 O2 dominujiacute aerobniacute org nad aerobniacutemi
1 zvyšujiacuteciacute se počet mořskyacutech řas zvyacutešeniacute atmosfeacuterickeacuteho 02
750 milioacutenů mnohobuněčneacute zeleneacute řasy začaacutetek buněčneacute specializace
550 v atmosfeacuteře 12 O2
500 prvniacute suchozemskeacute rostliny eukaryotickaacute kolonizace země
470 prvniacute spory jaterniacutekům podobneacute rostliny
428 Cooksonia 2-3 cm velkeacute steacutelka Bryophyta s dominantniacute haploidniacute generaciacute
ceacutevnateacute rostliny bez semen- mechy přesličky kapradiny převažuje 2n generace
360 nejstaršiacute fosilniacute nahosemenneacute
140 nejstaršiacute krytosemenneacute
85 nejstaršiacute obiloviny
68 nejstaršiacute luštěniny adaptace na deficit N2
11 tisiacutec let domestifikace rostlin vliv člověka na rostliny
500 let globalizace zemědělskyacutech plodin světoveacute rozšiacuteřeniacute domestifikovanyacutech rostlin
300 člověkem prvniacute vyrobeneacute hybridniacute rostliny zaacuteměrneacute vytvaacuteřeniacute novyacutech druhů pro člověka
100 začaacutetek vědeckeacuteho šlechtěniacute rostlin manipulace s genomem a fenotypem rostlin
30 prvniacute transgenniacute rostlina novyacute gen do rostlinneacuteho genomu
20 prvniacute schvaacutelenaacute GMO rostlina - potravina rajče cv FLAVR SAVR Murphy 2011
6000 pnl produkce piva fermentaciacute (kvašeniacutem) Babyloacuteňaneacute Sumeroveacute
4000 pnl využitiacute kvasinek ve vyacuterobě piva a viacutena v Egyptě a Čiacuteně (znaacutem ječmen)
1675 Leeuwenhoek pozoroval bakterie
1860 Koch - rozvoj mikrobiologie
1857 Pasteur demonstrace fermentace - otec biotechnologiiacute
1877 Koch vypracoval techniky izolace a barveniacute bakteriiacute
1919 Ereky zavedeniacute termiacutenu biotechnologie
1935 Fleming objev peniciliacutenu - zavedeniacute sterilizace
1953 Watson a Crick popis struktury DNA
1975 Kohler a Milstein - produkce monoklonaacutelniacutech protilaacutetek
1978 produkce 1 lidskeacuteho proteinu v buňce firmou Genntech (USA) = inzuliacuten 1 praktickeacute využitiacute
1980 zavedeniacute metod rekombinantniacute DNA produkce inzuliacutenu v E coli
1994 schvaacuteleniacute prvniacute geneticky modifikovaneacute potraviny ndash rajče
1996 klonovaacuteniacute ovce Dolly Wilmuth a kol
Biotechnologie - historie
vyacuteroba jiacutedla a naacutepojů procesy vyviacutejeny za nesterilniacutech podmiacutenek zavedeniacute sterilniacutech podmiacutenek do biotechnologickyacutech procesů aplikace genetiky a technologie rekombinantniacute DNA
přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
nevyacutehoda - nekontrolovaneacute
zavedeniacute lidskeacuteho genu určujiacuteciacuteho produkci specifickeacute biacutelkoviny (inzuliacutenu) do bakterie pomociacute plazmidu - po zabudovaacuteniacute do genetickeacuteho aparaacutetu hostitelskeacute buňky je bakterie schopna produkovat AMK v přesně daneacutem pořadiacute a syntetizovat
lidskyacute inzuliacuten
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve
velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 11 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1843 superfosfaacutet hellip intenzivniacute hnojeniacute v zemědělstviacute
1849 Darwin - vznik druhů přirozenou selekciacute (cesta kolem světa Galapaacutegy)
1846-1850 krize monokultur - bdquobramborovyacuteldquo hladomor v Irsku (Phytophtora infestans)
1857 Pasteur - fermentace - otec biotechnologiiacute
1866 Mendel - publikuje svoje zaacutekony (znovu objeveny 1900)
1869 Miescher - objevuje DNA
1902 Haberlant - totipotence rostlinneacute buňky
1910 odrůda brambor Bintje (Holandsko) - odrůda roku 2012
1919 Ing Karl (Kaacuteroly) Ereky - termiacuten biotechnologie
migrace do Ameriky
technologie přeměny surovin na využitelneacute produkty pomociacute živyacutech organismů
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho
průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 10 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1923 Burbank USA - křiacuteženci bramboru odrůda
bdquoRUSSET BURBANKldquo (skladovatelnost hliacutez)
1933 prvniacute hybridi kukuřice
1941 Beadle a Tatum - hypoteacuteza 1 gen-1 enzym
1941 24-D (syntetickyacute auxin) jako prvyacute moderniacute herbicid
1950 1 radiomutanti chemomutanti řepka pšenice ryacuteže biacuteleacute fazole
ječmen (1965 - DIAMANT)
1960 ndash1970 ldquozelenaacute revoluceldquo zakrsliacute hybridi - Norman Borlaug
1970 NC miacuteru
1969 Triticale (Triticosecale tritikale žitovec - hybridniacute obilnina Triticum x Secale)
REKOMBINANTNIacute TECHNIKY
1985 prvniacute GM rostliny na poliacutech v UK
1995 odrůda bdquoBT NEW LEAF RUSSET BURBANKldquo
1998 zlataacute ryacuteže
2010 1 GMO hraacutech (Agritec)
I GMO odrůda brambor - odolnaacute vůči mandelince bramboroveacute vložen gen z bakteacuterie Bacillus thuringiensis produkujiacuteciacute protein narušujiacuteciacute vnitřnosti mandelinky
Mexiko 1943 import frac12 spotřeby pšenice 1944 plnaacute soběstačnost pšenice 1964 export 05 milionů tun pšenice
httpenwikipediaorgwikiNorman_Borlaug
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
Biotechnologie
BIOTECHNOLOGIE novyacute nebo staryacute vynaacutelez biotechnologie průmysloveacute zemědělskeacute leacutekařskeacute biotechnologie mikrobiaacutelniacute živočišneacute rostlinneacute obsah i dosah
biologickyacute psychologickyacute ekonomickyacute ekologickyacute (postoj Amišů ndash meacuteně pesticidů neniacute v rozporu s jejich životniacutem stylem rizika při uvaacuteděniacute do životniacuteho prostřediacute) etickyacute - oteviacuteraacuteme bdquoPandořinu skřiacutenkuldquo
- věda jako zachraacutence nebo nepřiacutetel lidstva
odpor GMO plodinaacutem potravinaacutem
akceptovatelneacute rezistentniacute plodiny k herbicidům
BIOTECHNOLOGIE - rozvoj 21 stoletiacute - integrovanaacute aplikace přiacuterodniacutech a inženyacuterskyacutech věd - ciacutelem je využitiacute organismů a čaacutestiacute organismů k vyacuterobě produktů nebo použitiacute různyacutech metod (postupů)
ČLENĚNIacute PODLE ODVĚTVIacuteZAMĚŘENIacute ČERVENAacute BIOTECHNOLOGIE (mediciacutena a farmacie) - leacutekařstviacute je považovaacutena za nejdůležitějšiacute oblast použitiacute - biotechnologickeacute postupy rostouciacute roli při vyacutevoji novyacutech leacuteků (např k leacutečbě rakoviny) diagnostice (DNA) využitiacute kmenovyacutech buněk při leacutečbě zaacutevažnyacutech chorob
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute) bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti proti hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - vyacuteznam genoveacute techniky kteraacute je zaacutekladem pro přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jineacute rostliny a umožňuje vyacutevoj odolnosti vůči hellip
ŠEDAacute BIOTECHNOLOGIE (životniacute prostřediacute-environmentaacutelniacute) - obnoveniacute znečištěneacuteho prostřediacute biomonitoring - indikaacutetory znečištěniacute - biotechnologickeacute postupy při sanaci půdy uacutepravě odpadniacutech vod čištěniacute vyacutefukovyacutech plynů využitiacute odpadu
BIacuteLAacute BIOTECHNOLOGIE (často spojovanaacute s šedou biotechnologiiacute) - chemickyacute průmysl vyprodukovat substance jako např alkohol vitamiacuteny aminokyseliny antibiotika enzymy způsobem ktereacute šetřiacute zdroje a životniacute prostřediacute s pomociacute živyacutech buněk (kvasinky pliacutesně bakterie)
MODRAacute BIOTECHNOLOGIE mořskeacute biologie biologickeacute organismy světovyacutech mořiacute - zdroje potravin energie leacutečiv surovin - bioprocessing šlechtěniacute a ochrana mořskyacutech organismů ciacutelenyacute chov vodniacutech organismů (aquaculture )
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute)
bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin = ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti vůči hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - genoveacute techniky = přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jinyacute umožňujiacute vyacutevoj odolnosti vůči hellip - využitiacute bakteriiacute ke zvyacutešeneacutemu růstu rostlin
- biomonitoring = využitiacute rostlin jako indikaacutetorů znečištěniacute půdy (kovy) - fytomining
Rostlinneacute biotechnologie
Kde by lideacute byli bez rostlin
Historie rostlin čas před proces vyacuteznam
45 miliardy let tvorba země nemožnyacute život
39 oceaacuteny voda je předpokladem pro uhliacutek-založenyacute život
35 nejstaršiacute cyanobacteria efektivnějšiacute fotosynteacuteza- rychlejšiacute růst O2
24 kysliacutek v atmosfeacuteře aerobniacute org postupně převažujiacute nad aerobniacutemi
21 endosymbioacuteza mezi cyanobacterium a eukaryotniacutem hostitelem prvniacute fotosyntetizujiacuteciacute eukaryotickyacute org -
jednobuněčnaacute řasa
16 mnohobuněčneacute řasy zeleneacute a červeneacute řasy
13 v atmosfeacuteře 3 O2 dominujiacute aerobniacute org nad aerobniacutemi
1 zvyšujiacuteciacute se počet mořskyacutech řas zvyacutešeniacute atmosfeacuterickeacuteho 02
750 milioacutenů mnohobuněčneacute zeleneacute řasy začaacutetek buněčneacute specializace
550 v atmosfeacuteře 12 O2
500 prvniacute suchozemskeacute rostliny eukaryotickaacute kolonizace země
470 prvniacute spory jaterniacutekům podobneacute rostliny
428 Cooksonia 2-3 cm velkeacute steacutelka Bryophyta s dominantniacute haploidniacute generaciacute
ceacutevnateacute rostliny bez semen- mechy přesličky kapradiny převažuje 2n generace
360 nejstaršiacute fosilniacute nahosemenneacute
140 nejstaršiacute krytosemenneacute
85 nejstaršiacute obiloviny
68 nejstaršiacute luštěniny adaptace na deficit N2
11 tisiacutec let domestifikace rostlin vliv člověka na rostliny
500 let globalizace zemědělskyacutech plodin světoveacute rozšiacuteřeniacute domestifikovanyacutech rostlin
300 člověkem prvniacute vyrobeneacute hybridniacute rostliny zaacuteměrneacute vytvaacuteřeniacute novyacutech druhů pro člověka
100 začaacutetek vědeckeacuteho šlechtěniacute rostlin manipulace s genomem a fenotypem rostlin
30 prvniacute transgenniacute rostlina novyacute gen do rostlinneacuteho genomu
20 prvniacute schvaacutelenaacute GMO rostlina - potravina rajče cv FLAVR SAVR Murphy 2011
6000 pnl produkce piva fermentaciacute (kvašeniacutem) Babyloacuteňaneacute Sumeroveacute
4000 pnl využitiacute kvasinek ve vyacuterobě piva a viacutena v Egyptě a Čiacuteně (znaacutem ječmen)
1675 Leeuwenhoek pozoroval bakterie
1860 Koch - rozvoj mikrobiologie
1857 Pasteur demonstrace fermentace - otec biotechnologiiacute
1877 Koch vypracoval techniky izolace a barveniacute bakteriiacute
1919 Ereky zavedeniacute termiacutenu biotechnologie
1935 Fleming objev peniciliacutenu - zavedeniacute sterilizace
1953 Watson a Crick popis struktury DNA
1975 Kohler a Milstein - produkce monoklonaacutelniacutech protilaacutetek
1978 produkce 1 lidskeacuteho proteinu v buňce firmou Genntech (USA) = inzuliacuten 1 praktickeacute využitiacute
1980 zavedeniacute metod rekombinantniacute DNA produkce inzuliacutenu v E coli
1994 schvaacuteleniacute prvniacute geneticky modifikovaneacute potraviny ndash rajče
1996 klonovaacuteniacute ovce Dolly Wilmuth a kol
Biotechnologie - historie
vyacuteroba jiacutedla a naacutepojů procesy vyviacutejeny za nesterilniacutech podmiacutenek zavedeniacute sterilniacutech podmiacutenek do biotechnologickyacutech procesů aplikace genetiky a technologie rekombinantniacute DNA
přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
nevyacutehoda - nekontrolovaneacute
zavedeniacute lidskeacuteho genu určujiacuteciacuteho produkci specifickeacute biacutelkoviny (inzuliacutenu) do bakterie pomociacute plazmidu - po zabudovaacuteniacute do genetickeacuteho aparaacutetu hostitelskeacute buňky je bakterie schopna produkovat AMK v přesně daneacutem pořadiacute a syntetizovat
lidskyacute inzuliacuten
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve
velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 11 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1843 superfosfaacutet hellip intenzivniacute hnojeniacute v zemědělstviacute
1849 Darwin - vznik druhů přirozenou selekciacute (cesta kolem světa Galapaacutegy)
1846-1850 krize monokultur - bdquobramborovyacuteldquo hladomor v Irsku (Phytophtora infestans)
1857 Pasteur - fermentace - otec biotechnologiiacute
1866 Mendel - publikuje svoje zaacutekony (znovu objeveny 1900)
1869 Miescher - objevuje DNA
1902 Haberlant - totipotence rostlinneacute buňky
1910 odrůda brambor Bintje (Holandsko) - odrůda roku 2012
1919 Ing Karl (Kaacuteroly) Ereky - termiacuten biotechnologie
migrace do Ameriky
technologie přeměny surovin na využitelneacute produkty pomociacute živyacutech organismů
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho
průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 10 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1923 Burbank USA - křiacuteženci bramboru odrůda
bdquoRUSSET BURBANKldquo (skladovatelnost hliacutez)
1933 prvniacute hybridi kukuřice
1941 Beadle a Tatum - hypoteacuteza 1 gen-1 enzym
1941 24-D (syntetickyacute auxin) jako prvyacute moderniacute herbicid
1950 1 radiomutanti chemomutanti řepka pšenice ryacuteže biacuteleacute fazole
ječmen (1965 - DIAMANT)
1960 ndash1970 ldquozelenaacute revoluceldquo zakrsliacute hybridi - Norman Borlaug
1970 NC miacuteru
1969 Triticale (Triticosecale tritikale žitovec - hybridniacute obilnina Triticum x Secale)
REKOMBINANTNIacute TECHNIKY
1985 prvniacute GM rostliny na poliacutech v UK
1995 odrůda bdquoBT NEW LEAF RUSSET BURBANKldquo
1998 zlataacute ryacuteže
2010 1 GMO hraacutech (Agritec)
I GMO odrůda brambor - odolnaacute vůči mandelince bramboroveacute vložen gen z bakteacuterie Bacillus thuringiensis produkujiacuteciacute protein narušujiacuteciacute vnitřnosti mandelinky
Mexiko 1943 import frac12 spotřeby pšenice 1944 plnaacute soběstačnost pšenice 1964 export 05 milionů tun pšenice
httpenwikipediaorgwikiNorman_Borlaug
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
BIOTECHNOLOGIE - rozvoj 21 stoletiacute - integrovanaacute aplikace přiacuterodniacutech a inženyacuterskyacutech věd - ciacutelem je využitiacute organismů a čaacutestiacute organismů k vyacuterobě produktů nebo použitiacute různyacutech metod (postupů)
ČLENĚNIacute PODLE ODVĚTVIacuteZAMĚŘENIacute ČERVENAacute BIOTECHNOLOGIE (mediciacutena a farmacie) - leacutekařstviacute je považovaacutena za nejdůležitějšiacute oblast použitiacute - biotechnologickeacute postupy rostouciacute roli při vyacutevoji novyacutech leacuteků (např k leacutečbě rakoviny) diagnostice (DNA) využitiacute kmenovyacutech buněk při leacutečbě zaacutevažnyacutech chorob
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute) bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti proti hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - vyacuteznam genoveacute techniky kteraacute je zaacutekladem pro přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jineacute rostliny a umožňuje vyacutevoj odolnosti vůči hellip
ŠEDAacute BIOTECHNOLOGIE (životniacute prostřediacute-environmentaacutelniacute) - obnoveniacute znečištěneacuteho prostřediacute biomonitoring - indikaacutetory znečištěniacute - biotechnologickeacute postupy při sanaci půdy uacutepravě odpadniacutech vod čištěniacute vyacutefukovyacutech plynů využitiacute odpadu
BIacuteLAacute BIOTECHNOLOGIE (často spojovanaacute s šedou biotechnologiiacute) - chemickyacute průmysl vyprodukovat substance jako např alkohol vitamiacuteny aminokyseliny antibiotika enzymy způsobem ktereacute šetřiacute zdroje a životniacute prostřediacute s pomociacute živyacutech buněk (kvasinky pliacutesně bakterie)
MODRAacute BIOTECHNOLOGIE mořskeacute biologie biologickeacute organismy světovyacutech mořiacute - zdroje potravin energie leacutečiv surovin - bioprocessing šlechtěniacute a ochrana mořskyacutech organismů ciacutelenyacute chov vodniacutech organismů (aquaculture )
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute)
bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin = ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti vůči hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - genoveacute techniky = přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jinyacute umožňujiacute vyacutevoj odolnosti vůči hellip - využitiacute bakteriiacute ke zvyacutešeneacutemu růstu rostlin
- biomonitoring = využitiacute rostlin jako indikaacutetorů znečištěniacute půdy (kovy) - fytomining
Rostlinneacute biotechnologie
Kde by lideacute byli bez rostlin
Historie rostlin čas před proces vyacuteznam
45 miliardy let tvorba země nemožnyacute život
39 oceaacuteny voda je předpokladem pro uhliacutek-založenyacute život
35 nejstaršiacute cyanobacteria efektivnějšiacute fotosynteacuteza- rychlejšiacute růst O2
24 kysliacutek v atmosfeacuteře aerobniacute org postupně převažujiacute nad aerobniacutemi
21 endosymbioacuteza mezi cyanobacterium a eukaryotniacutem hostitelem prvniacute fotosyntetizujiacuteciacute eukaryotickyacute org -
jednobuněčnaacute řasa
16 mnohobuněčneacute řasy zeleneacute a červeneacute řasy
13 v atmosfeacuteře 3 O2 dominujiacute aerobniacute org nad aerobniacutemi
1 zvyšujiacuteciacute se počet mořskyacutech řas zvyacutešeniacute atmosfeacuterickeacuteho 02
750 milioacutenů mnohobuněčneacute zeleneacute řasy začaacutetek buněčneacute specializace
550 v atmosfeacuteře 12 O2
500 prvniacute suchozemskeacute rostliny eukaryotickaacute kolonizace země
470 prvniacute spory jaterniacutekům podobneacute rostliny
428 Cooksonia 2-3 cm velkeacute steacutelka Bryophyta s dominantniacute haploidniacute generaciacute
ceacutevnateacute rostliny bez semen- mechy přesličky kapradiny převažuje 2n generace
360 nejstaršiacute fosilniacute nahosemenneacute
140 nejstaršiacute krytosemenneacute
85 nejstaršiacute obiloviny
68 nejstaršiacute luštěniny adaptace na deficit N2
11 tisiacutec let domestifikace rostlin vliv člověka na rostliny
500 let globalizace zemědělskyacutech plodin světoveacute rozšiacuteřeniacute domestifikovanyacutech rostlin
300 člověkem prvniacute vyrobeneacute hybridniacute rostliny zaacuteměrneacute vytvaacuteřeniacute novyacutech druhů pro člověka
100 začaacutetek vědeckeacuteho šlechtěniacute rostlin manipulace s genomem a fenotypem rostlin
30 prvniacute transgenniacute rostlina novyacute gen do rostlinneacuteho genomu
20 prvniacute schvaacutelenaacute GMO rostlina - potravina rajče cv FLAVR SAVR Murphy 2011
6000 pnl produkce piva fermentaciacute (kvašeniacutem) Babyloacuteňaneacute Sumeroveacute
4000 pnl využitiacute kvasinek ve vyacuterobě piva a viacutena v Egyptě a Čiacuteně (znaacutem ječmen)
1675 Leeuwenhoek pozoroval bakterie
1860 Koch - rozvoj mikrobiologie
1857 Pasteur demonstrace fermentace - otec biotechnologiiacute
1877 Koch vypracoval techniky izolace a barveniacute bakteriiacute
1919 Ereky zavedeniacute termiacutenu biotechnologie
1935 Fleming objev peniciliacutenu - zavedeniacute sterilizace
1953 Watson a Crick popis struktury DNA
1975 Kohler a Milstein - produkce monoklonaacutelniacutech protilaacutetek
1978 produkce 1 lidskeacuteho proteinu v buňce firmou Genntech (USA) = inzuliacuten 1 praktickeacute využitiacute
1980 zavedeniacute metod rekombinantniacute DNA produkce inzuliacutenu v E coli
1994 schvaacuteleniacute prvniacute geneticky modifikovaneacute potraviny ndash rajče
1996 klonovaacuteniacute ovce Dolly Wilmuth a kol
Biotechnologie - historie
vyacuteroba jiacutedla a naacutepojů procesy vyviacutejeny za nesterilniacutech podmiacutenek zavedeniacute sterilniacutech podmiacutenek do biotechnologickyacutech procesů aplikace genetiky a technologie rekombinantniacute DNA
přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
nevyacutehoda - nekontrolovaneacute
zavedeniacute lidskeacuteho genu určujiacuteciacuteho produkci specifickeacute biacutelkoviny (inzuliacutenu) do bakterie pomociacute plazmidu - po zabudovaacuteniacute do genetickeacuteho aparaacutetu hostitelskeacute buňky je bakterie schopna produkovat AMK v přesně daneacutem pořadiacute a syntetizovat
lidskyacute inzuliacuten
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve
velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 11 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1843 superfosfaacutet hellip intenzivniacute hnojeniacute v zemědělstviacute
1849 Darwin - vznik druhů přirozenou selekciacute (cesta kolem světa Galapaacutegy)
1846-1850 krize monokultur - bdquobramborovyacuteldquo hladomor v Irsku (Phytophtora infestans)
1857 Pasteur - fermentace - otec biotechnologiiacute
1866 Mendel - publikuje svoje zaacutekony (znovu objeveny 1900)
1869 Miescher - objevuje DNA
1902 Haberlant - totipotence rostlinneacute buňky
1910 odrůda brambor Bintje (Holandsko) - odrůda roku 2012
1919 Ing Karl (Kaacuteroly) Ereky - termiacuten biotechnologie
migrace do Ameriky
technologie přeměny surovin na využitelneacute produkty pomociacute živyacutech organismů
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho
průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 10 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1923 Burbank USA - křiacuteženci bramboru odrůda
bdquoRUSSET BURBANKldquo (skladovatelnost hliacutez)
1933 prvniacute hybridi kukuřice
1941 Beadle a Tatum - hypoteacuteza 1 gen-1 enzym
1941 24-D (syntetickyacute auxin) jako prvyacute moderniacute herbicid
1950 1 radiomutanti chemomutanti řepka pšenice ryacuteže biacuteleacute fazole
ječmen (1965 - DIAMANT)
1960 ndash1970 ldquozelenaacute revoluceldquo zakrsliacute hybridi - Norman Borlaug
1970 NC miacuteru
1969 Triticale (Triticosecale tritikale žitovec - hybridniacute obilnina Triticum x Secale)
REKOMBINANTNIacute TECHNIKY
1985 prvniacute GM rostliny na poliacutech v UK
1995 odrůda bdquoBT NEW LEAF RUSSET BURBANKldquo
1998 zlataacute ryacuteže
2010 1 GMO hraacutech (Agritec)
I GMO odrůda brambor - odolnaacute vůči mandelince bramboroveacute vložen gen z bakteacuterie Bacillus thuringiensis produkujiacuteciacute protein narušujiacuteciacute vnitřnosti mandelinky
Mexiko 1943 import frac12 spotřeby pšenice 1944 plnaacute soběstačnost pšenice 1964 export 05 milionů tun pšenice
httpenwikipediaorgwikiNorman_Borlaug
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
ZELENAacute BIOTECHNOLOGIE (zemědělstviacute a potravinaacuteřstviacute)
bdquoRostlinneacute biotechnologieldquo nejstaršiacute - moderniacute šlechtěniacute rostlin = ciacuteleně se zvyšujiacute odolnosti vůči hmyzu pliacutesniacutem virům a herbicidům - genoveacute techniky = přenos určityacutech genů z jednoho druhu na jinyacute umožňujiacute vyacutevoj odolnosti vůči hellip - využitiacute bakteriiacute ke zvyacutešeneacutemu růstu rostlin
- biomonitoring = využitiacute rostlin jako indikaacutetorů znečištěniacute půdy (kovy) - fytomining
Rostlinneacute biotechnologie
Kde by lideacute byli bez rostlin
Historie rostlin čas před proces vyacuteznam
45 miliardy let tvorba země nemožnyacute život
39 oceaacuteny voda je předpokladem pro uhliacutek-založenyacute život
35 nejstaršiacute cyanobacteria efektivnějšiacute fotosynteacuteza- rychlejšiacute růst O2
24 kysliacutek v atmosfeacuteře aerobniacute org postupně převažujiacute nad aerobniacutemi
21 endosymbioacuteza mezi cyanobacterium a eukaryotniacutem hostitelem prvniacute fotosyntetizujiacuteciacute eukaryotickyacute org -
jednobuněčnaacute řasa
16 mnohobuněčneacute řasy zeleneacute a červeneacute řasy
13 v atmosfeacuteře 3 O2 dominujiacute aerobniacute org nad aerobniacutemi
1 zvyšujiacuteciacute se počet mořskyacutech řas zvyacutešeniacute atmosfeacuterickeacuteho 02
750 milioacutenů mnohobuněčneacute zeleneacute řasy začaacutetek buněčneacute specializace
550 v atmosfeacuteře 12 O2
500 prvniacute suchozemskeacute rostliny eukaryotickaacute kolonizace země
470 prvniacute spory jaterniacutekům podobneacute rostliny
428 Cooksonia 2-3 cm velkeacute steacutelka Bryophyta s dominantniacute haploidniacute generaciacute
ceacutevnateacute rostliny bez semen- mechy přesličky kapradiny převažuje 2n generace
360 nejstaršiacute fosilniacute nahosemenneacute
140 nejstaršiacute krytosemenneacute
85 nejstaršiacute obiloviny
68 nejstaršiacute luštěniny adaptace na deficit N2
11 tisiacutec let domestifikace rostlin vliv člověka na rostliny
500 let globalizace zemědělskyacutech plodin světoveacute rozšiacuteřeniacute domestifikovanyacutech rostlin
300 člověkem prvniacute vyrobeneacute hybridniacute rostliny zaacuteměrneacute vytvaacuteřeniacute novyacutech druhů pro člověka
100 začaacutetek vědeckeacuteho šlechtěniacute rostlin manipulace s genomem a fenotypem rostlin
30 prvniacute transgenniacute rostlina novyacute gen do rostlinneacuteho genomu
20 prvniacute schvaacutelenaacute GMO rostlina - potravina rajče cv FLAVR SAVR Murphy 2011
6000 pnl produkce piva fermentaciacute (kvašeniacutem) Babyloacuteňaneacute Sumeroveacute
4000 pnl využitiacute kvasinek ve vyacuterobě piva a viacutena v Egyptě a Čiacuteně (znaacutem ječmen)
1675 Leeuwenhoek pozoroval bakterie
1860 Koch - rozvoj mikrobiologie
1857 Pasteur demonstrace fermentace - otec biotechnologiiacute
1877 Koch vypracoval techniky izolace a barveniacute bakteriiacute
1919 Ereky zavedeniacute termiacutenu biotechnologie
1935 Fleming objev peniciliacutenu - zavedeniacute sterilizace
1953 Watson a Crick popis struktury DNA
1975 Kohler a Milstein - produkce monoklonaacutelniacutech protilaacutetek
1978 produkce 1 lidskeacuteho proteinu v buňce firmou Genntech (USA) = inzuliacuten 1 praktickeacute využitiacute
1980 zavedeniacute metod rekombinantniacute DNA produkce inzuliacutenu v E coli
1994 schvaacuteleniacute prvniacute geneticky modifikovaneacute potraviny ndash rajče
1996 klonovaacuteniacute ovce Dolly Wilmuth a kol
Biotechnologie - historie
vyacuteroba jiacutedla a naacutepojů procesy vyviacutejeny za nesterilniacutech podmiacutenek zavedeniacute sterilniacutech podmiacutenek do biotechnologickyacutech procesů aplikace genetiky a technologie rekombinantniacute DNA
přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
nevyacutehoda - nekontrolovaneacute
zavedeniacute lidskeacuteho genu určujiacuteciacuteho produkci specifickeacute biacutelkoviny (inzuliacutenu) do bakterie pomociacute plazmidu - po zabudovaacuteniacute do genetickeacuteho aparaacutetu hostitelskeacute buňky je bakterie schopna produkovat AMK v přesně daneacutem pořadiacute a syntetizovat
lidskyacute inzuliacuten
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve
velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 11 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1843 superfosfaacutet hellip intenzivniacute hnojeniacute v zemědělstviacute
1849 Darwin - vznik druhů přirozenou selekciacute (cesta kolem světa Galapaacutegy)
1846-1850 krize monokultur - bdquobramborovyacuteldquo hladomor v Irsku (Phytophtora infestans)
1857 Pasteur - fermentace - otec biotechnologiiacute
1866 Mendel - publikuje svoje zaacutekony (znovu objeveny 1900)
1869 Miescher - objevuje DNA
1902 Haberlant - totipotence rostlinneacute buňky
1910 odrůda brambor Bintje (Holandsko) - odrůda roku 2012
1919 Ing Karl (Kaacuteroly) Ereky - termiacuten biotechnologie
migrace do Ameriky
technologie přeměny surovin na využitelneacute produkty pomociacute živyacutech organismů
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho
průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 10 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1923 Burbank USA - křiacuteženci bramboru odrůda
bdquoRUSSET BURBANKldquo (skladovatelnost hliacutez)
1933 prvniacute hybridi kukuřice
1941 Beadle a Tatum - hypoteacuteza 1 gen-1 enzym
1941 24-D (syntetickyacute auxin) jako prvyacute moderniacute herbicid
1950 1 radiomutanti chemomutanti řepka pšenice ryacuteže biacuteleacute fazole
ječmen (1965 - DIAMANT)
1960 ndash1970 ldquozelenaacute revoluceldquo zakrsliacute hybridi - Norman Borlaug
1970 NC miacuteru
1969 Triticale (Triticosecale tritikale žitovec - hybridniacute obilnina Triticum x Secale)
REKOMBINANTNIacute TECHNIKY
1985 prvniacute GM rostliny na poliacutech v UK
1995 odrůda bdquoBT NEW LEAF RUSSET BURBANKldquo
1998 zlataacute ryacuteže
2010 1 GMO hraacutech (Agritec)
I GMO odrůda brambor - odolnaacute vůči mandelince bramboroveacute vložen gen z bakteacuterie Bacillus thuringiensis produkujiacuteciacute protein narušujiacuteciacute vnitřnosti mandelinky
Mexiko 1943 import frac12 spotřeby pšenice 1944 plnaacute soběstačnost pšenice 1964 export 05 milionů tun pšenice
httpenwikipediaorgwikiNorman_Borlaug
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
Kde by lideacute byli bez rostlin
Historie rostlin čas před proces vyacuteznam
45 miliardy let tvorba země nemožnyacute život
39 oceaacuteny voda je předpokladem pro uhliacutek-založenyacute život
35 nejstaršiacute cyanobacteria efektivnějšiacute fotosynteacuteza- rychlejšiacute růst O2
24 kysliacutek v atmosfeacuteře aerobniacute org postupně převažujiacute nad aerobniacutemi
21 endosymbioacuteza mezi cyanobacterium a eukaryotniacutem hostitelem prvniacute fotosyntetizujiacuteciacute eukaryotickyacute org -
jednobuněčnaacute řasa
16 mnohobuněčneacute řasy zeleneacute a červeneacute řasy
13 v atmosfeacuteře 3 O2 dominujiacute aerobniacute org nad aerobniacutemi
1 zvyšujiacuteciacute se počet mořskyacutech řas zvyacutešeniacute atmosfeacuterickeacuteho 02
750 milioacutenů mnohobuněčneacute zeleneacute řasy začaacutetek buněčneacute specializace
550 v atmosfeacuteře 12 O2
500 prvniacute suchozemskeacute rostliny eukaryotickaacute kolonizace země
470 prvniacute spory jaterniacutekům podobneacute rostliny
428 Cooksonia 2-3 cm velkeacute steacutelka Bryophyta s dominantniacute haploidniacute generaciacute
ceacutevnateacute rostliny bez semen- mechy přesličky kapradiny převažuje 2n generace
360 nejstaršiacute fosilniacute nahosemenneacute
140 nejstaršiacute krytosemenneacute
85 nejstaršiacute obiloviny
68 nejstaršiacute luštěniny adaptace na deficit N2
11 tisiacutec let domestifikace rostlin vliv člověka na rostliny
500 let globalizace zemědělskyacutech plodin světoveacute rozšiacuteřeniacute domestifikovanyacutech rostlin
300 člověkem prvniacute vyrobeneacute hybridniacute rostliny zaacuteměrneacute vytvaacuteřeniacute novyacutech druhů pro člověka
100 začaacutetek vědeckeacuteho šlechtěniacute rostlin manipulace s genomem a fenotypem rostlin
30 prvniacute transgenniacute rostlina novyacute gen do rostlinneacuteho genomu
20 prvniacute schvaacutelenaacute GMO rostlina - potravina rajče cv FLAVR SAVR Murphy 2011
6000 pnl produkce piva fermentaciacute (kvašeniacutem) Babyloacuteňaneacute Sumeroveacute
4000 pnl využitiacute kvasinek ve vyacuterobě piva a viacutena v Egyptě a Čiacuteně (znaacutem ječmen)
1675 Leeuwenhoek pozoroval bakterie
1860 Koch - rozvoj mikrobiologie
1857 Pasteur demonstrace fermentace - otec biotechnologiiacute
1877 Koch vypracoval techniky izolace a barveniacute bakteriiacute
1919 Ereky zavedeniacute termiacutenu biotechnologie
1935 Fleming objev peniciliacutenu - zavedeniacute sterilizace
1953 Watson a Crick popis struktury DNA
1975 Kohler a Milstein - produkce monoklonaacutelniacutech protilaacutetek
1978 produkce 1 lidskeacuteho proteinu v buňce firmou Genntech (USA) = inzuliacuten 1 praktickeacute využitiacute
1980 zavedeniacute metod rekombinantniacute DNA produkce inzuliacutenu v E coli
1994 schvaacuteleniacute prvniacute geneticky modifikovaneacute potraviny ndash rajče
1996 klonovaacuteniacute ovce Dolly Wilmuth a kol
Biotechnologie - historie
vyacuteroba jiacutedla a naacutepojů procesy vyviacutejeny za nesterilniacutech podmiacutenek zavedeniacute sterilniacutech podmiacutenek do biotechnologickyacutech procesů aplikace genetiky a technologie rekombinantniacute DNA
přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
nevyacutehoda - nekontrolovaneacute
zavedeniacute lidskeacuteho genu určujiacuteciacuteho produkci specifickeacute biacutelkoviny (inzuliacutenu) do bakterie pomociacute plazmidu - po zabudovaacuteniacute do genetickeacuteho aparaacutetu hostitelskeacute buňky je bakterie schopna produkovat AMK v přesně daneacutem pořadiacute a syntetizovat
lidskyacute inzuliacuten
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve
velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 11 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1843 superfosfaacutet hellip intenzivniacute hnojeniacute v zemědělstviacute
1849 Darwin - vznik druhů přirozenou selekciacute (cesta kolem světa Galapaacutegy)
1846-1850 krize monokultur - bdquobramborovyacuteldquo hladomor v Irsku (Phytophtora infestans)
1857 Pasteur - fermentace - otec biotechnologiiacute
1866 Mendel - publikuje svoje zaacutekony (znovu objeveny 1900)
1869 Miescher - objevuje DNA
1902 Haberlant - totipotence rostlinneacute buňky
1910 odrůda brambor Bintje (Holandsko) - odrůda roku 2012
1919 Ing Karl (Kaacuteroly) Ereky - termiacuten biotechnologie
migrace do Ameriky
technologie přeměny surovin na využitelneacute produkty pomociacute živyacutech organismů
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho
průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 10 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1923 Burbank USA - křiacuteženci bramboru odrůda
bdquoRUSSET BURBANKldquo (skladovatelnost hliacutez)
1933 prvniacute hybridi kukuřice
1941 Beadle a Tatum - hypoteacuteza 1 gen-1 enzym
1941 24-D (syntetickyacute auxin) jako prvyacute moderniacute herbicid
1950 1 radiomutanti chemomutanti řepka pšenice ryacuteže biacuteleacute fazole
ječmen (1965 - DIAMANT)
1960 ndash1970 ldquozelenaacute revoluceldquo zakrsliacute hybridi - Norman Borlaug
1970 NC miacuteru
1969 Triticale (Triticosecale tritikale žitovec - hybridniacute obilnina Triticum x Secale)
REKOMBINANTNIacute TECHNIKY
1985 prvniacute GM rostliny na poliacutech v UK
1995 odrůda bdquoBT NEW LEAF RUSSET BURBANKldquo
1998 zlataacute ryacuteže
2010 1 GMO hraacutech (Agritec)
I GMO odrůda brambor - odolnaacute vůči mandelince bramboroveacute vložen gen z bakteacuterie Bacillus thuringiensis produkujiacuteciacute protein narušujiacuteciacute vnitřnosti mandelinky
Mexiko 1943 import frac12 spotřeby pšenice 1944 plnaacute soběstačnost pšenice 1964 export 05 milionů tun pšenice
httpenwikipediaorgwikiNorman_Borlaug
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
Historie rostlin čas před proces vyacuteznam
45 miliardy let tvorba země nemožnyacute život
39 oceaacuteny voda je předpokladem pro uhliacutek-založenyacute život
35 nejstaršiacute cyanobacteria efektivnějšiacute fotosynteacuteza- rychlejšiacute růst O2
24 kysliacutek v atmosfeacuteře aerobniacute org postupně převažujiacute nad aerobniacutemi
21 endosymbioacuteza mezi cyanobacterium a eukaryotniacutem hostitelem prvniacute fotosyntetizujiacuteciacute eukaryotickyacute org -
jednobuněčnaacute řasa
16 mnohobuněčneacute řasy zeleneacute a červeneacute řasy
13 v atmosfeacuteře 3 O2 dominujiacute aerobniacute org nad aerobniacutemi
1 zvyšujiacuteciacute se počet mořskyacutech řas zvyacutešeniacute atmosfeacuterickeacuteho 02
750 milioacutenů mnohobuněčneacute zeleneacute řasy začaacutetek buněčneacute specializace
550 v atmosfeacuteře 12 O2
500 prvniacute suchozemskeacute rostliny eukaryotickaacute kolonizace země
470 prvniacute spory jaterniacutekům podobneacute rostliny
428 Cooksonia 2-3 cm velkeacute steacutelka Bryophyta s dominantniacute haploidniacute generaciacute
ceacutevnateacute rostliny bez semen- mechy přesličky kapradiny převažuje 2n generace
360 nejstaršiacute fosilniacute nahosemenneacute
140 nejstaršiacute krytosemenneacute
85 nejstaršiacute obiloviny
68 nejstaršiacute luštěniny adaptace na deficit N2
11 tisiacutec let domestifikace rostlin vliv člověka na rostliny
500 let globalizace zemědělskyacutech plodin světoveacute rozšiacuteřeniacute domestifikovanyacutech rostlin
300 člověkem prvniacute vyrobeneacute hybridniacute rostliny zaacuteměrneacute vytvaacuteřeniacute novyacutech druhů pro člověka
100 začaacutetek vědeckeacuteho šlechtěniacute rostlin manipulace s genomem a fenotypem rostlin
30 prvniacute transgenniacute rostlina novyacute gen do rostlinneacuteho genomu
20 prvniacute schvaacutelenaacute GMO rostlina - potravina rajče cv FLAVR SAVR Murphy 2011
6000 pnl produkce piva fermentaciacute (kvašeniacutem) Babyloacuteňaneacute Sumeroveacute
4000 pnl využitiacute kvasinek ve vyacuterobě piva a viacutena v Egyptě a Čiacuteně (znaacutem ječmen)
1675 Leeuwenhoek pozoroval bakterie
1860 Koch - rozvoj mikrobiologie
1857 Pasteur demonstrace fermentace - otec biotechnologiiacute
1877 Koch vypracoval techniky izolace a barveniacute bakteriiacute
1919 Ereky zavedeniacute termiacutenu biotechnologie
1935 Fleming objev peniciliacutenu - zavedeniacute sterilizace
1953 Watson a Crick popis struktury DNA
1975 Kohler a Milstein - produkce monoklonaacutelniacutech protilaacutetek
1978 produkce 1 lidskeacuteho proteinu v buňce firmou Genntech (USA) = inzuliacuten 1 praktickeacute využitiacute
1980 zavedeniacute metod rekombinantniacute DNA produkce inzuliacutenu v E coli
1994 schvaacuteleniacute prvniacute geneticky modifikovaneacute potraviny ndash rajče
1996 klonovaacuteniacute ovce Dolly Wilmuth a kol
Biotechnologie - historie
vyacuteroba jiacutedla a naacutepojů procesy vyviacutejeny za nesterilniacutech podmiacutenek zavedeniacute sterilniacutech podmiacutenek do biotechnologickyacutech procesů aplikace genetiky a technologie rekombinantniacute DNA
přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
nevyacutehoda - nekontrolovaneacute
zavedeniacute lidskeacuteho genu určujiacuteciacuteho produkci specifickeacute biacutelkoviny (inzuliacutenu) do bakterie pomociacute plazmidu - po zabudovaacuteniacute do genetickeacuteho aparaacutetu hostitelskeacute buňky je bakterie schopna produkovat AMK v přesně daneacutem pořadiacute a syntetizovat
lidskyacute inzuliacuten
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve
velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 11 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1843 superfosfaacutet hellip intenzivniacute hnojeniacute v zemědělstviacute
1849 Darwin - vznik druhů přirozenou selekciacute (cesta kolem světa Galapaacutegy)
1846-1850 krize monokultur - bdquobramborovyacuteldquo hladomor v Irsku (Phytophtora infestans)
1857 Pasteur - fermentace - otec biotechnologiiacute
1866 Mendel - publikuje svoje zaacutekony (znovu objeveny 1900)
1869 Miescher - objevuje DNA
1902 Haberlant - totipotence rostlinneacute buňky
1910 odrůda brambor Bintje (Holandsko) - odrůda roku 2012
1919 Ing Karl (Kaacuteroly) Ereky - termiacuten biotechnologie
migrace do Ameriky
technologie přeměny surovin na využitelneacute produkty pomociacute živyacutech organismů
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho
průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 10 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1923 Burbank USA - křiacuteženci bramboru odrůda
bdquoRUSSET BURBANKldquo (skladovatelnost hliacutez)
1933 prvniacute hybridi kukuřice
1941 Beadle a Tatum - hypoteacuteza 1 gen-1 enzym
1941 24-D (syntetickyacute auxin) jako prvyacute moderniacute herbicid
1950 1 radiomutanti chemomutanti řepka pšenice ryacuteže biacuteleacute fazole
ječmen (1965 - DIAMANT)
1960 ndash1970 ldquozelenaacute revoluceldquo zakrsliacute hybridi - Norman Borlaug
1970 NC miacuteru
1969 Triticale (Triticosecale tritikale žitovec - hybridniacute obilnina Triticum x Secale)
REKOMBINANTNIacute TECHNIKY
1985 prvniacute GM rostliny na poliacutech v UK
1995 odrůda bdquoBT NEW LEAF RUSSET BURBANKldquo
1998 zlataacute ryacuteže
2010 1 GMO hraacutech (Agritec)
I GMO odrůda brambor - odolnaacute vůči mandelince bramboroveacute vložen gen z bakteacuterie Bacillus thuringiensis produkujiacuteciacute protein narušujiacuteciacute vnitřnosti mandelinky
Mexiko 1943 import frac12 spotřeby pšenice 1944 plnaacute soběstačnost pšenice 1964 export 05 milionů tun pšenice
httpenwikipediaorgwikiNorman_Borlaug
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
6000 pnl produkce piva fermentaciacute (kvašeniacutem) Babyloacuteňaneacute Sumeroveacute
4000 pnl využitiacute kvasinek ve vyacuterobě piva a viacutena v Egyptě a Čiacuteně (znaacutem ječmen)
1675 Leeuwenhoek pozoroval bakterie
1860 Koch - rozvoj mikrobiologie
1857 Pasteur demonstrace fermentace - otec biotechnologiiacute
1877 Koch vypracoval techniky izolace a barveniacute bakteriiacute
1919 Ereky zavedeniacute termiacutenu biotechnologie
1935 Fleming objev peniciliacutenu - zavedeniacute sterilizace
1953 Watson a Crick popis struktury DNA
1975 Kohler a Milstein - produkce monoklonaacutelniacutech protilaacutetek
1978 produkce 1 lidskeacuteho proteinu v buňce firmou Genntech (USA) = inzuliacuten 1 praktickeacute využitiacute
1980 zavedeniacute metod rekombinantniacute DNA produkce inzuliacutenu v E coli
1994 schvaacuteleniacute prvniacute geneticky modifikovaneacute potraviny ndash rajče
1996 klonovaacuteniacute ovce Dolly Wilmuth a kol
Biotechnologie - historie
vyacuteroba jiacutedla a naacutepojů procesy vyviacutejeny za nesterilniacutech podmiacutenek zavedeniacute sterilniacutech podmiacutenek do biotechnologickyacutech procesů aplikace genetiky a technologie rekombinantniacute DNA
přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
nevyacutehoda - nekontrolovaneacute
zavedeniacute lidskeacuteho genu určujiacuteciacuteho produkci specifickeacute biacutelkoviny (inzuliacutenu) do bakterie pomociacute plazmidu - po zabudovaacuteniacute do genetickeacuteho aparaacutetu hostitelskeacute buňky je bakterie schopna produkovat AMK v přesně daneacutem pořadiacute a syntetizovat
lidskyacute inzuliacuten
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve
velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 11 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1843 superfosfaacutet hellip intenzivniacute hnojeniacute v zemědělstviacute
1849 Darwin - vznik druhů přirozenou selekciacute (cesta kolem světa Galapaacutegy)
1846-1850 krize monokultur - bdquobramborovyacuteldquo hladomor v Irsku (Phytophtora infestans)
1857 Pasteur - fermentace - otec biotechnologiiacute
1866 Mendel - publikuje svoje zaacutekony (znovu objeveny 1900)
1869 Miescher - objevuje DNA
1902 Haberlant - totipotence rostlinneacute buňky
1910 odrůda brambor Bintje (Holandsko) - odrůda roku 2012
1919 Ing Karl (Kaacuteroly) Ereky - termiacuten biotechnologie
migrace do Ameriky
technologie přeměny surovin na využitelneacute produkty pomociacute živyacutech organismů
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho
průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 10 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1923 Burbank USA - křiacuteženci bramboru odrůda
bdquoRUSSET BURBANKldquo (skladovatelnost hliacutez)
1933 prvniacute hybridi kukuřice
1941 Beadle a Tatum - hypoteacuteza 1 gen-1 enzym
1941 24-D (syntetickyacute auxin) jako prvyacute moderniacute herbicid
1950 1 radiomutanti chemomutanti řepka pšenice ryacuteže biacuteleacute fazole
ječmen (1965 - DIAMANT)
1960 ndash1970 ldquozelenaacute revoluceldquo zakrsliacute hybridi - Norman Borlaug
1970 NC miacuteru
1969 Triticale (Triticosecale tritikale žitovec - hybridniacute obilnina Triticum x Secale)
REKOMBINANTNIacute TECHNIKY
1985 prvniacute GM rostliny na poliacutech v UK
1995 odrůda bdquoBT NEW LEAF RUSSET BURBANKldquo
1998 zlataacute ryacuteže
2010 1 GMO hraacutech (Agritec)
I GMO odrůda brambor - odolnaacute vůči mandelince bramboroveacute vložen gen z bakteacuterie Bacillus thuringiensis produkujiacuteciacute protein narušujiacuteciacute vnitřnosti mandelinky
Mexiko 1943 import frac12 spotřeby pšenice 1944 plnaacute soběstačnost pšenice 1964 export 05 milionů tun pšenice
httpenwikipediaorgwikiNorman_Borlaug
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 11 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1843 superfosfaacutet hellip intenzivniacute hnojeniacute v zemědělstviacute
1849 Darwin - vznik druhů přirozenou selekciacute (cesta kolem světa Galapaacutegy)
1846-1850 krize monokultur - bdquobramborovyacuteldquo hladomor v Irsku (Phytophtora infestans)
1857 Pasteur - fermentace - otec biotechnologiiacute
1866 Mendel - publikuje svoje zaacutekony (znovu objeveny 1900)
1869 Miescher - objevuje DNA
1902 Haberlant - totipotence rostlinneacute buňky
1910 odrůda brambor Bintje (Holandsko) - odrůda roku 2012
1919 Ing Karl (Kaacuteroly) Ereky - termiacuten biotechnologie
migrace do Ameriky
technologie přeměny surovin na využitelneacute produkty pomociacute živyacutech organismů
bdquoBiotechnologie vyacuteroby masa tuku a mleacuteka ve velkoobjemovyacutech zařiacutezeniacutech zemědělskeacuteho
průmysluldquo
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 10 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1923 Burbank USA - křiacuteženci bramboru odrůda
bdquoRUSSET BURBANKldquo (skladovatelnost hliacutez)
1933 prvniacute hybridi kukuřice
1941 Beadle a Tatum - hypoteacuteza 1 gen-1 enzym
1941 24-D (syntetickyacute auxin) jako prvyacute moderniacute herbicid
1950 1 radiomutanti chemomutanti řepka pšenice ryacuteže biacuteleacute fazole
ječmen (1965 - DIAMANT)
1960 ndash1970 ldquozelenaacute revoluceldquo zakrsliacute hybridi - Norman Borlaug
1970 NC miacuteru
1969 Triticale (Triticosecale tritikale žitovec - hybridniacute obilnina Triticum x Secale)
REKOMBINANTNIacute TECHNIKY
1985 prvniacute GM rostliny na poliacutech v UK
1995 odrůda bdquoBT NEW LEAF RUSSET BURBANKldquo
1998 zlataacute ryacuteže
2010 1 GMO hraacutech (Agritec)
I GMO odrůda brambor - odolnaacute vůči mandelince bramboroveacute vložen gen z bakteacuterie Bacillus thuringiensis produkujiacuteciacute protein narušujiacuteciacute vnitřnosti mandelinky
Mexiko 1943 import frac12 spotřeby pšenice 1944 plnaacute soběstačnost pšenice 1964 export 05 milionů tun pšenice
httpenwikipediaorgwikiNorman_Borlaug
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
Historie rostlinnyacutech biotechnologiiacute Domestikace rostlin ječmen pšenice hraacutech len ryacuteže kukuřice 10 000 - 8000 let PK
KLIacuteČOVEacute BODY ZEMĚDĚLSTVIacute
1923 Burbank USA - křiacuteženci bramboru odrůda
bdquoRUSSET BURBANKldquo (skladovatelnost hliacutez)
1933 prvniacute hybridi kukuřice
1941 Beadle a Tatum - hypoteacuteza 1 gen-1 enzym
1941 24-D (syntetickyacute auxin) jako prvyacute moderniacute herbicid
1950 1 radiomutanti chemomutanti řepka pšenice ryacuteže biacuteleacute fazole
ječmen (1965 - DIAMANT)
1960 ndash1970 ldquozelenaacute revoluceldquo zakrsliacute hybridi - Norman Borlaug
1970 NC miacuteru
1969 Triticale (Triticosecale tritikale žitovec - hybridniacute obilnina Triticum x Secale)
REKOMBINANTNIacute TECHNIKY
1985 prvniacute GM rostliny na poliacutech v UK
1995 odrůda bdquoBT NEW LEAF RUSSET BURBANKldquo
1998 zlataacute ryacuteže
2010 1 GMO hraacutech (Agritec)
I GMO odrůda brambor - odolnaacute vůči mandelince bramboroveacute vložen gen z bakteacuterie Bacillus thuringiensis produkujiacuteciacute protein narušujiacuteciacute vnitřnosti mandelinky
Mexiko 1943 import frac12 spotřeby pšenice 1944 plnaacute soběstačnost pšenice 1964 export 05 milionů tun pšenice
httpenwikipediaorgwikiNorman_Borlaug
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
Budoucnost biotechnologiiacute v ČR bdquoBiotechnologie jsou celosvětově nejprogresivnějšiacutech oblast vyacutezkumu vyacutevoje a podnikaacuteniacuteldquo
produkce viacutena - 1 psanaacute zmiacutenka r 276 (na Paacutelavě řiacutemskeacute legie) produkce piva - 11 stoletiacute syacutery destilaacutety 14 stoletiacute 1356 - kraacutelovskyacute dekret o produkci viacutena v Českyacutech zemiacutech alchymie (Rudolf II) 1518 - založeniacute Paliacuterny U Zeleneacuteho stromu v Prostějově 1887 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu pivovarskeacuteho a sladařskeacuteho v Praze 1949 - průmyslovaacute produkce peniciliacutenu v Roztokaacutech u Prahy 1966 - založeniacute Vyacutezkumneacuteho uacutestavu antibiotik a transformaciacute (již neexistuje)
wwwbiotrincz wwwgate2biotechcz
AV ČR Univerzity Vyacutezkumneacute uacutestavy Šlechtitelskeacute stanice
kaacutemen mudrců elixiacuter mlaacutediacute přeměna hmoty
glukosa + kvasinky etanol + oxid uhličityacute přeměna cukrů na alkohol a CO2 za přiacutetomnosti kvasinek
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis
Biotechnologie v ČR
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
18 prosince 2008 bylo založeno sdruženiacute CzechBio - asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR zspo 1 asociace biotechnologickyacutech společnostiacute ČR spojuje třicet soukromyacutech biotechnologickyacutech společnostiacute a akademickyacutech uacutestavů podpora spolupraacutece komerčniacute sfeacutery s vědeckou httpwwwczechbioorgcs
projekt Algatech ndash Centrum řasovyacutech biotechnologiiacute vyacutevoj novyacutech kultivačniacute zařiacutezeniacute a postupů na zpracovaacuteniacute řasoveacute biomasy pro vyacuterobu biopaliv krmiv potravniacutech doplňků a cennyacutech laacutetek Mikrobiologickyacute uacutestav Akademie věd ČR Třeboň
Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum
UPOL + VUacuteRV + UacuteEB AV ČR - vytvaacuteřeniacute zemědělskyacutech plodin s vyššiacutemi vyacutenosy toleranciacute vůči nepřiacuteznivyacutem vlivům vnějšiacuteho prostřediacute
- transformace rostlin ječmene a dalšiacutech obilnin
wwwcr-hanaeu
Biotechnologie v ČR
wwwalgaczcscs-algatechhtml
Českaacute technologickaacute platforma rostlinnyacutech biotechnologiiacute ndash rozvoj biotechnologiiacute v ČR = Rostliny pro budoucnost (ČTP RB) - nepotravinaacuteřskeacute využitiacute rostlin vedlejšiacutech produktů odpadů - vyacutevoj novyacutech odrůd kulturniacutech rostlin - uplatněniacute rostlinnyacutech biotechnologiiacute v raacutemci životniacuteho prostřediacute
httpwwwczechinvestorgceska-technologicka-platforma -rostlinnych-biotechnologii
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
selekce - vyacuteběr nejlepšiacutech rostlin křiacuteženiacute GMO
Přiacuteklad šlechtěniacute - novyacute typ ryacuteže - maleacute vzpřiacutemeneacute listoveacute čepele - hodně odnožiacute - žaacutedneacute neproduktivniacute odnože - silneacute steacuteblo - C3 ryacuteže na C4 ryacuteže
Rostlinneacute biotechnologie Co pěstujeme na poliacutech v zahradaacutech a v sadech a co naacutesledně jiacuteme prošlo za několik tisiacuteciletiacute proměnou Prvniacute změna - předkoveacute opustili životniacute styl lovců a sběračů a stali se pěstiteli zemědělskyacutech plodina a chovateli hospodaacuteřskyacutech zviacuteřat
zlataacute ryacuteže geny z 5 různyacutech druhů
- Phaseolus vulgaris pro ferritin - Aspergilus fumigatus - ferritin - ryacuteže Basmati - ferritin - Narcissus pseudonarcissus synteacuteza karotenu - Erwinia uredovora - synteacuteza karotenu
bdquozlataacute ryacuteželdquo tvořiacute zvyacutešeneacute množstviacute provitaminu A zabraacuteniacute hladu zachraacuteniacute zrak vznikla na požadavek humanitaacuterniacute organizace bdquoHumanitarien Rice Boardldquo kteraacute se snažiacute řešit probleacutemy s nedostatkem potravy v nejchudšiacutech čaacutestech našiacute planety
švyacutecarskyacute genetik Ingo Portykus a německyacute genetik Peter Bayer
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute
ekologickaacute udržitelnost kvantita a kvalita zaacutekladniacutech zdrojů zemědělstviacute ekonomickaacute udržitelnost zemědělskaacute produkce (uacuteroda na ha) a zisk cena za produkty sociaacutelniacute (společenskaacute) udržitelnost kvalita života zemědělců vysokaacute kvalita potravin bez rizika na zdraviacute a prostřediacute
Co je udržitelneacute zemědělstviacute Mohou biotechnologie pomaacutehat
snižovaacuteniacute kvality zaacutekladniacutech zdrojů vyčerpaacuteniacute zaacutekladniacutech zdrojů
Vyhliacutedky na budoucnost
naacuterůst počtu obyvatel
zvyacutešeniacute životniacuteho standardu
pokles plochy orneacute půdy
pokles pracovniacuteků v zemědělstviacute
naacuterůst cen potravin
Naacuterůst zemědělskeacute produkce s využitiacutem biotechnologiiacute
šlechtěniacute (rezistence k chorobaacutem)
noveacute plodiny
nutričniacute kvalita plodin
ochrana rostlin
bezpečnost produktů
hybnou silou biotechnologiiacute je naacuterůst obyvatel Kolik lidiacute by mělo žiacutet na planetě Zemi
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
Rostlinneacute biotechnologie
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute mutace s naacuteslednou selekciacute odchylek noveacute techniky EK ciacutelenyacute přenos genů
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
prvniacute zemědělci
neuvědomělyacute ciacutelenyacute vyacuteběr nahodilyacutech odchylek (spontaacutenniacute mutace) BT prvniacute ciacuteleneacute křiacuteženiacute bliacutezkeacute vzdaacuteleneacute standardniacute hybridizačniacute techniky již NESTAČIacute zvyšovaacuteniacute množstviacute hnojiv do půdy použitiacute těžkeacute techniky - neniacute řešeniacute uacutebytek počtu druhů půdniacutech mikroorganismů eroze půdy - ztraacuteta schopnosti zadržovat vodu kontaminace půdy pesticidy - pesticidy i v produktech
zaacuteměrnaacute MUTACE s naacuteslednou selekciacute odchylek - odrůda ječmene bdquoDIAMANTldquo
noveacute TECHNIKY EK VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
ciacutelenyacute přenos genů GMO
CO BUDE DAacuteL zvyšovat vyacutenosy BUDE VĚTŠINA PĚSTOVANYacuteCH ZEMĚDĚLSKYacuteCH PLODIN TRANSGENNIacute
vznik zemědělstviacute
1954
jsme moudřejšiacute
maacuteme většiacute možnosti
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
Počaacutetek EK 1902 Gottlieb Haberland segmenty listů 1904 Hannig zralaacute embrya
Potenciaacutel rostlinneacute buňky a podstata
explantaacutetovyacutech kultur rostlin
metody a jejich aplikace
ve šlechtěniacute rostlin
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
EK - historie
TOTIPOTENCE rostlinneacute buňky genetickeacute informace - jaacutedro plastidy mitochondrie
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
daacute se přeneacutest v raacutemci šlechtěniacute
blok totipotence
vyjaacutedřeniacute totipotence 1 dediferenciace buňky do buněčneacuteho cyklu a pokračovaacuteniacute v děleniacute 2 rediferenciace - tvorba organickyacutech struktur - přiacutemaacute regenerace tvorba kalusu - nepřiacutemaacute regenerace
vliv růstovyacutech regulaacutetorů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
Rostlinneacute biotechnologie prvniacute generace - od explantaacutetovyacutech kultur po GMO
- explantaacutetoveacute ozdravovaacuteniacute rostlin - explantaacutetoveacute množeniacute - explantaacutetoveacute šlechtěniacute
Explantaacutet = aseptickaacute kultivace izolovanyacutech čaacutestiacute rostlin za umělyacutech podmiacutenek
EXPLANTAacuteTOVEacute KULTURY - VELKEacute NADĚJE A OČEKAacuteVAacuteNIacute
in vitro regenerace je genetickaacute vlastnost
x rekalcitrance
EK - historie
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
Metody EK využitelneacute v zemědělstviacute Meristeacutemoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Somatickaacute embryogeneze
Embryokultury
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze + buněčneacute inženyacuterstviacute
Genetickeacute manipulace
VITRIFIKACE (hyperhydricita) ndash vyjadřuje abnormality růstu in vitro skelnatyacute syndrom vyacutehonů křehkeacute mokryacute vzhled pryacutetů (vodou nasycenyacutech) průsvitnyacute sukulentniacute vzhled
metody zachovaacutevajiacuteciacute genotyp beze změn během kultivace metody zvyšujiacuteciacute genetickou variabilitu během kultivace
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK 1 rychleacute namnoženiacute
2 ozdravovaacuteniacute
3 překonaacuteniacute nekřiacutežitelnosti - embryokultury
4 dlouhodobeacute udržovaacuteniacute genetickyacutech zdrojů
5 indukce mutantů - ziacuteskaacuteniacute novyacutech genotypů
6 předselekce - urychleniacute šlechtitelskeacuteho cyklu
7 ziacuteskaacuteniacute novyacutech a udrženiacute genotypů s pylovou sterilitou
8 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho procesu
9 produkce haploidů
10 produkce polyploidů
11 rychlejšiacute ziacuteskaacuteniacute vyacutechoziacuteho šlechtitelskeacuteho materiaacutelu pro noveacute odrůdy
12 somatickaacute hybridizace - fuacuteze
13 konstrukce novyacutech genotypů kulturniacutech plodin přenos bdquoužitečnyacutech genůldquo
14 udržovaacuteniacute genofondu
15 selekce in vitro - rezistence k abiotickyacutem a biotickyacutem stresům
16 produkce sekundaacuterniacutech metabolitů
Plodina Technika
ječmen pšenice kukuřice
řepka paprika brukvovitaacute
zelenina mrkev
androgeneze
cibule gynogeneze
jahodniacutek česnek ozdravovaacuteniacute
brambor traacutevy polyploidizace in vitro
jeteloviny drobneacute ovoce
ovocneacute dřeviny podnože traacutevy mikropropagace
brambor řepka somatickaacute hybridizace
hraacutech brambor rezistence k chorobaacutem
traacutevy embryokultury
Kombinace metod embryokultury oplozeniacute in vitro fuacuteze protoplastů
plodiny se geneticky upravujiacute pro většiacute rezistenci k herbicidům - ničeniacute plevele bez poškozeniacute uacuterody GM rajčata potlačujiacute gen pro polygalakturonaacutezu enzym degradujiacuteciacute pektin způsobujiacuteciacute měknutiacute pletiv (Deacon a kol 2002)
Biotechnologie ndash přiacuteklady využitiacute EK
Meristeacutemoveacute kultury
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny meristeacutemoveacute kultury
Vyacutehody maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky naacuteslednaacute mikropropagace ozdraveneacuteho materiaacutelu bdquovirus - freeldquo
Vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana Iniciace kultury Testovaacuteniacute in vitro Přenos do nesterilniacutech podmiacutenek Testovaacuteniacute
MERISTEacuteM ndash děliveacute nediferencovaneacute pletivo ozdravovaacuteniacute rostlin (02 - 05 mm) meristeacutemy
OZDRAVOVAacuteNIacute Termoterapie (vyššiacute teplota)
Meristeacutemovaacute kultura Chemoterapie (antivirotika)
viry - nebuněčneacute mikroorganismy virovaacute čaacutestice = virion sklaacutedaacute se z RNA nebo DNA a kapsidu
fytopatologie in vitro
ribavirin
In vitro ozdravovaacuteniacute - bezviroacutezniacute rostliny
Vyacuteznamneacute viroveacute choroby rostlin v ČR od 30 ztraacutet CaMV - 1968 PVY 30 -70 VMCH (virus mozaiky chmele) až o 70 mozaika česneku 25 - 50 žloutenka cibule až 100 bronzovitost rajčat
- žloutnutiacute listů kroužky a čaacutery na listech nevyvinuteacute rostliny abnormaacutelniacute růst - vstupujiacute různyacutemi poraněniacutemi - šiacuteřiacute se plasmodesmaty - velmi odolneacute proti inaktivaci - přenaacutešeny semeny hliacutezami pylem roubovaacuteniacutem hmyzem houbami červy
1952 Morel a Martin u jiřin
Využitiacute metody jahodniacutek česnek zeleniny květiny okrasneacute dřeviny ovocneacute dřeviny banaacutenovniacutek hellip
Tvorba bezviroacutezniacutech rostlin
1 meristeacutem = 1 rostlina testovaacuteniacute
wwwoselczindexphpclanek=2819
viroacutezniacute x zdravaacute
M Navraacutetil KBBPřFUPOL
PVY
In vitro klonovaacuteniacute mikropropagace meristeacutemoveacute kultury
zisk geneticky identickeacute rostliny vegetativniacutem množeniacutem
VYacuteHODY
maleacute čaacutesti mateřskeacute rostliny ktereacute jsou geneticky stabilniacute
v aseptickeacutem prostřediacute definovaneacute podmiacutenky
vyššiacute množitelskyacute koeficient - potenciaacutelniacute hodnota zisku rostlin
Postup - vyacuteběr a přiacuteprava mateřskeacuteho materiaacutelu - fit ochrana - iniciace kultury - mikropropagace - přenos do nesterilniacutech podmiacutenek
KLON - kolekce geneticky identickyacutech individuiacute původem z jedineacuteho rodiče
komerčně od 1960
httpwwwjanholubcz
In vitro meristeacutemoveacute kultury - využitiacute - zaacutechrana a množeniacute ohroženyacutech druhů kaktusy
- zaacutechranneacute množeniacute cennyacutech genotypů a liniiacute sterilniacutech rostlin - udrženiacute rodičovskyacutech komponent pro tvorbu hybridniacutech odrůd
- množeniacute transgenniacutech rostlin
- zachyceniacute a klonovaacuteniacute nově nalezenyacutech mutantů při šlechtěniacute
- klonovaacuteniacute nejlepšiacutech jedinců pro produkci elitniacuteho osiva
- vegetativniacute množeniacute okrasnyacutech rostlin karafiaacutet gerbera anthurie orchideje
sanpaulie kapradiny hellip
- množeniacute drobneacuteho ovoce jahodniacutek maliniacutek reacuteva
- množeniacute dřevin podnože pro školkařstviacute lesniacute dřeviny tropickeacute dřeviny
- v zelinaacuteřstviacute množeniacute brambor zeliacute
- množeniacute pouze samičiacutech rostlin datlovaacute palma
- kryoprezervace (-196 oC) jahodniacutek maliniacutek hraacutech brambor karafiaacutet
Genoveacute
banky
Mikropropagace multiplikace klonovaacuteniacute nejen z meristeacutemů
Solanum tuberosum Cucumis sativus Olea europea Eucalyptus grandis Salix sp Syringa sp Juglans regia
Schopnost regenerace tvorba identickyacutech rostlin = přiacutemaacute somatickaacute embryogeneze
Meristeacutemy Pryacutetoveacute segmenty Kalusy Embrya
Zdroje odchylek bull vysokeacute daacutevky růstovyacutech regulaacutetorů typ regulaacutetoru bull rostliny regenerujiacute z basaacutelniacuteho kalusu (možnost gen změn)
Kalusoveacute kultury
Kalusoveacute kultury
Primaacuterniacute explantaacutet kalus meristemoid orgaacutenoveacute primordium
Kalus = masa děliacuteciacutech se a rostouciacutech buněk
nejsou uniformniacute mohou se lišit velikostiacute tvarem pigmentaciacute metabolismem nebo počtem chromosomů
bull za určityacutech podmiacutenek regenerace pryacutetů a kořiacutenků
tma x světlo
subkultivace
metoda geneticky nestabilniacute
Kalusoveacute kultury - somaklonaacutelniacute variabilita ndash MUTACE a zisk novyacutech znaků
- mikropropagace ndash cibule žen-šen hellip
- vyacutechoziacute materiaacutel pro suspenzniacute a protoplastovou kulturu
- materiaacutel pro indukovaneacute mutace (zaacuteřeniacute chemomutageny)
- sekundaacuterniacute metabolity (alkaloidy AMK saponiny oleje složky vůniacute protinaacutedoroveacute laacutetky steroidy )
polyploidie aneuploidie
Selekce mutantů se zlepšenou nutričniacute hodnotou (viacutece biacutelkovin v zrnu)
Rezistence vůči zasoleniacute (vysokyacute turgor v buňkaacutech akumulace NaCl ve vakuolaacutech)
Rezistence vůči chorobaacutem (synteacuteza fytotoxinů fytoalexinů)
Sekundaacuterniacute metabolity (= chemickeacute individuality v rostlinaacutech ndash barviva vůně chuti obrana)
Artemisia annua - artemisin (antimalarika) Capsicum sp - capsaicin (protinaacutedoroveacute)
Digitalis lanata - digoxin (srdečniacute stimulanty) Papaver somniferum - codein (sedativa)
Taxus breviola - taxol (protinaacutedoroveacute) Vanilla planifolia - vaniliacuten (aroma)
Panax ginseng - (imunitniacute systeacutem) Zingiber officinale ndash gingerol (antioxidant)
Somatickaacute embryogeneze a suspenzniacute kultury
Využitiacute
umělaacute semena (enkapsulace somatickyacutech embryiacute)
využitiacute somatickeacute variability
klonoveacute množeniacute
sekundaacuterniacute metabolismus (suspenze)
kryoprezervace
Buněčnaacute suspenze = převedeme kalus do tekuteacuteho meacutedia
a provzdušňujeme (kontakt buněk a shluků buněk s meacutediem)
vznikaacute bipolaacuterniacute struktura obsahujiacuteciacute kořen a pryacutet
auxin (24-D)
umělaacute semena
Mutace RADIOMUTANT PROSPĚCH NEBO ZAacuteLUDNOST
SPONTAacuteNNIacute MUTACE využiacutevaacute člověk při šlechtěniacute odrůd spur typy (kompakt typy) jabloniacute absence trnů u ostružiniacuteku variabilita květenstviacute jiřinky proměnliveacute vznik plemen domaacuteciacutech zviacuteřat je založen na podchyceniacute spontaacutenniacutech mutaciacute ndash plemena psů
INDUKOVANEacute MUTACE působeniacute mutagenů
zaacuteměrneacute ndash ve vyacutezkumu ve šlechtěniacute rostlin (př odrůdy ječmene DIAMANT (zkraacuteceniacute steacutebel ndash nepoleacutehaacute) kompaktniacute růst a samosprašnost třešně změna barvy slupky u jabloně ndash sbquoredlsquo mutace)
nezaacuteměrneacute ndash důsledek použitiacute jadernyacutech a chemickyacutech zbraniacute ndash Yperit jaderneacute a jineacute katastrofy
1950 radiomutace chemomutace 1965 ječmen Diamant
Suspenzniacute kultury - SK KULTURA V TEKUTEacuteM MEacuteDIU ROSTE A DĚLIacute SE NĚKOLIKANAacuteSOBNĚ RYCHLEJI NEŽ KULTURA
NA PEVNEacuteM MEacuteDIU Využitiacute jako experimentaacutelniacute model produkce sekundaacuterniacutech metabolitů indukce somaklonaacutelniacute variability a naacutesledneacute selekce mikropropagace (pod kontrolou genetickeacute stability) pohyb kultury v bioreaktoru maacute za naacutesledek potlačeniacute apikaacutelniacute dominance tiacutem se stimuluje růst mnohonaacutesobnyacutech pryacutetů
Bioreaktory firmy VitroSys Inc Korea
ideaacutelniacute SK ndash rychlyacute růst karyologickaacute stabilita životnost buněk rentabilita
Minimaacutelně 103 ml buněk 110 suspenze v exponenciaacutelniacute faacutezi se doplniacute čerstvyacutem meacutediem Koncentrace sacharidů prodlužuje periodu růstu
Velkokapacitniacute kultivace rostlinnyacutech buněk v tekutyacutech meacutediiacutech sterilniacute prostřediacute obsahujiacuteciacute živiny a laacutetky potřebneacute pro růst a jeho regulaci vhodneacute pro kultivaci rostlinnyacutech mikrobiaacutelniacutech a živočišnyacutech buněk
Bioreaktor
Bioreaktory s tekutyacutem meacutediem explantaacutety jsou ponořeny v tekuteacutem meacutediu Bioreaktory s pravidelnyacutem zaplavovaacuteniacutem (temporary immersion bioreactor TIB) explantaacutety jsou pravidelně zaplavovaacuteny
Bioreaktor
httpwwwuebcasczcscontentzensenove-spagety
pěstujiacute se jen kořeny - zisk GINSENOSIDŮ za 3 měsiacutece v laboratoři stejnyacute zisk jako z rostlin ženšenu v přiacuterodě za 8 let obsah GINSENOSIDŮ je srovnatelnyacute s planě rostouciacutemi rostlinami množstviacutem i vzaacutejemnyacutem poměrem jednotlivyacutech laacutetek
v Koreji od r 2004
hairy-root systeacutem a sekundaacuterniacute metabolity
Sekundaacuterniacute metabolity - SM ROSTLINA BUNĚČNAacute KULTURA
EXTRAKT prověřovaacuteniacute oddělovaacuteniacute čištěniacute aktivniacute složky testovaacuteniacuteprověřovaacuteniacute
ČISTAacute BIOAKTIVNIacute LAacuteTKA
SM z buněčneacute kultury - extrakty ziacuteskaneacute za reprodukovatelnyacutech podmiacutenek spolehliveacute zdroje meacutedium - množstviacute čisteacuteho produktu
buňky rostou v tekuteacutem meacutediu -ne celaacute rostlina
produkt rostlina in vitro ()
rostlina ()
poměr
ginsenoside Panax ginseng 27 45 6 x
rosmarinic acid Coleus blumei 27 3 9 x
caffeic acid Vanilla planifolia 002 0005 4 x
shikonin Lithospermum erythrorhizon
20 15 135 x
ubiquinon-10 Nicotiana tabacum 0036 0003 12 x Heldman et al 2011
anti
oxy
dan
ty v sušině
bioreaktory
Sekundaacuterniacute metabolity - SM Rostlina Uacutečinnaacute laacutetka Uacutečinek
Artemisia annua pelyněk ročniacute artemisinin antimalarikum
Digitalis lanata naacuteprstniacutek vlnatyacute digoxin srdečniacute stimulants
Dubosia myoporoides lilkoviteacute atropin
scopolamin
očniacute přiacutepravky mořskaacute nemoc
Lithospermum
erythrorhizon
kamejka
rudokořennaacute
shikonin protinaacutedoroveacute
Panax ginseng ženšen pravyacute stimulant imunitniacuteho systeacutemu
Salix alba vrba biacutelaacute salicin antirevmatikum proti horečce
Taxus brevifolia tis
zaacutepadoamerickyacute
baccatin taxol protinaacutedoroveacute
Vinca rosea barviacutenek růžovyacute vinblastin
vinkristin
protinaacutedoroveacute alkaloidy
leukeacutemie
buněčnaacute kultura
Rostlina Extrakt Uacutečinek
Linum usitatissimum len setyacute olej
Mentha piperita maacuteta peprnaacute maacutetovyacute olej -
mentol
žaludečniacute potiacuteže
Mentha spicata maacuteta klasnataacute mentol žaludečniacute potiacuteže
Zingiber officinale zaacutezvor leacutekařskyacute gingerol antioxidant
informace z tradičniacute lidoveacute mediciacuteny - použitiacute extraktů a purifikace zdroje z nedotčeneacuteho ekosysteacutemu
kalusovaacute kultura buněčnaacute suspenze orgaacutenovaacute kultura - Artemisia Mentha - pryacutety
rostliny jsou vyacuterobci sekundaacuterniacutech metabolitů
cytostatikum
Sekundaacuterniacute metabolity - SM
Heldman et al 2011
VYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY
nezaacutevisleacute na geografickyacutech podmiacutenkaacutech
nezaacutevisleacute na sezoacutenniacutech podmiacutenkaacutech
v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
v přiacuterodě kontrolovaacuteno množstviacute in vitro ne
nepřetržitaacute dodaacutevka produktu
uniformniacute kvalita produktu
uniformniacute vyacutetěžnost produktu (průběžně)
vyacuteběr vhodneacute linie s vyššiacute produkciacute produktu
možnost tvorby novyacutech laacutetek nenormaacutelniacutech u donora
NEVYacuteHODY BUNĚČNEacute KULTURY staacutele se vyviacutejejiacuteciacute
překaacutežky - pomalyacute růst
genetickaacute nestabilita
různorodost
niacutezkyacute obsah metabolitu
produkty vylučovaacuteniacute provozniacute - světelneacute podmiacutenky aseptickeacute podmiacutenky
STRATEGIE TVORBY SM vyacuteběr donorovyacutech rostlin - biochemickeacute testy
iniciace kalusů
vyacuteběr buněčneacute linie - rychle rostouciacute vysokaacute produkce
ciacutelenyacute metabolismus - kultivačniacute meacutedium (složeniacute koncentrace proporcionalita)
kultivačniacute podmiacutenky (teplota světlo pH) zvlaacuteštniacute požadavky (prekurzor simulace stresu - napadeniacute patogenem)
uvolněniacute do meacutedia
Embryokultury
Embryokultury = kultivace zralyacutech nebo nezralyacutech embryiacute in vitro
1904 Hannig - embrya u ředkve
1925 Laibach - aplikace v mezidruhoveacutem křiacuteženiacute r Linum sp
1945 Randolph - zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu u r Iris sp
1970 Kasha Kao - ziacuteskaacuteniacute haplodů u ječmene
Hordeum vulgare (zůstaacutevaacute) x Hordeum bulbosum (eliminace chromozoacutemů)
Zygotickaacute embrya vyacuteživa z endospermu (heterotrofniacute)
Embrya in vitro vyacuteživa z kultivačniacuteho meacutedia
In vitro oplodněniacute u člověka - 1978 pro neplodneacute paacutery
geneticky stabilniacute metoda
Embryokultury- in vitro
I Kultura semennyacutech embryiacute tj izolace plně vyvinutyacutech
bipolaacuterniacutech struktur obsahujiacuteciacutech kořenovyacute a stonkovyacute systeacutem
II Kultura proembryiacute tj izolace nezralyacutech zaacuterodků předchaacutezejiacuteciacutech
diferenciaci děloh
Embryogeneze zygotickeacuteho embrya (in vivo)
zygota (přiacuteprava na 1 děleniacute)
faacuteze pomaleacuteho vyacutevinu embrya po oplozeniacute
faacuteze rychleacuteho vyacutevinu růstu a diferenciace embrya
faacuteze dozraacutevaacuteniacute embrya
faacuteze přechodu embrya do dormance (ABA)
Embryokultury
1 překonaacuteniacute barieacuter vzdaacuteleneacuteho křiacuteženiacute (abortace hybridniacutech embryiacute sterility semen)
2 zkraacuteceniacute šlechtitelskeacuteho cyklu (viacutece generaciacute za rok)
3 řešeniacute jarovizačniacuteho staacutedia
4 primaacuterniacute explantaacutet pro dalšiacute kultury
5 eliminace inhibice kliacutečeniacute
6 studium mineraacutelniacute vyacuteživy
7 umělaacute semena
8 studium metabolickyacutech vztahů mezi embryem a endospermem embryem a dělohami
9 ziacuteskaacuteniacute haploidniacutech rostlin
Opylovaacuteniacute in vitro
Opylovaacuteniacute in situ
in vitro
Inkompatibilita rostlin
zaručuje stabilitu druhu
Barieacutery procesu opyleniacute a oplozeniacute
vnějšiacute (teplota vlhkost nedostatečnaacute vyacuteživa )
vnitřniacute (inkompatibilita samčiacute nebo samičiacute sterilita)
využitiacute v raacutemci šlechtěniacute rostlin k překonaacuteniacute prezygotickyacutech barieacuter vznik mezidruhovyacutech mezirodovyacutech hybridů
Barieacutery Technika překonaacuteniacute
Před oplodněniacutem selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute blizny pestiacuteku pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
rezistence vůči abiotickeacutemu stresu rezistence vůči škůdcům vyššiacute vyacutenos
přenos z jineacuteho druhu
EK využitiacute ve šlechtěniacute
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury HAPLOID rostlina s n počtem chromozomů menšiacute sterilniacute
1963 T Yamada a kol Tradescantia reflexa (haploidy)
1964 - 1966 S Guha SC Maheswari Datura diploidizace kolchicinem
1969 JP Nitsch a kol celeacute rostliny (tabaacutek)
1973 JP Nitsch Norrel mikrosporoveacute kultury
2000 šlechtitelskeacute programy polniacutech plodin (obiloviny řepka)
využiacutevajiacute haploidniacute kultury in vitro
Androgeneze prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
Androgeneze - kultivace prašniacuteků pyl zrn mikrospor = samčiacute genotyp
Gynogeneze - kultivace neoplodněnyacutech vajiacuteček = samičiacute genotyp
Haploidie - spontaacutenniacute = haploidniacute partenogeneze (gynogeneze androgeneze) frekvence 10-6
- experimentaacutelniacute indukovanaacute
fyzikaacutelniacute faktory = UV γ-zaacuteřeniacute X-paprsky teplotniacute šoky
zaacutesahy do procesů opyleniacute a oplozeniacute (inaktivniacute pyl)
explantaacutetoveacute metody = prašniacutekoveacute a pyloveacute kultury kultivace semeniacuteků a vajiacuteček
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury Ontogeneze pylu
In vivo mikrosporogeneze
pylovaacute mateřskaacute buňka
meiosa
pyloveacute tetraacutedy
vyacutevoj mikrospory (1 pyl mitoacuteza)
In vitro vyacutevoj embryoidu
(vegetativniacute generativniacute buňka)
- přiacutemaacute embryogeneze
- nepřiacutemaacute embryogeneze
Prašniacutekoveacute a mikrosporoveacute kultury
využitiacute haploidů (majiacute jen jednu sadu chromosomů)
segregace vloh na gametickeacute uacuterovni ndash homozygoacutetniacute stav (čisteacute linie v F2 generaci)
detekce recesivniacutech mutaciacute (fenotypickyacute projev)
trpasličiacute varieta ndash u okrasnyacutech rostlin
Dihaploidizace
n rostliny - sterilniacute
104 ndash 105 mikrospoacuterml meacutedia
Brassica sp
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Prašniacutekoveacute kultury
viacutece než 200 druhů (řepka ryacuteže kukuřice obiloviny)
20-60 dnů
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
vyacutevoj globulaacuterniacuteho embrya a naacutesledně haploidniacute rostliny přiacutemo z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory
z pyloveacuteho zrna nebo mikrospory vznikaacute kalus rarr indukce organogeneze
TYPY ANDROGENEZE
vzaacutecně
mezi ziacuteskanyacutemi rostlinami jsou hledaacuteny rostliny s žaacutedanyacutemi vlastnostmi
Solanaceae
Brassicaceae
Poaceae
prašniacuteky
Androgeneze
Indukovanaacute androgeneze ndash přiacuteklady
Beta vulgaris - homozygotniacute linie
Brassica napus - novaacute odrůda linie
Hordeum vulgare
Lycopersicon - novaacute odrůda
Nicotiana - noveacute odrůdy
Oryza - noveacute odrůdy
Pelargonium - trpasličiacute variety
Triticum ndash cv Florin Huapei
Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby Praha Vyacutezkumnyacute uacutestav obilnaacuteřskyacute Kroměřiacutež Vyacutezkumnyacute uacutestav olejnin Oseva
Gynogeneze kultury izolovanyacutech vajiacuteček
kultury izolovanyacutech semeniacuteků
kultury izolovanyacutech květenstviacute in vitro
haploidniacute rostliny
spontaacutenniacute dihaploidniacute rostliny
ječmen kukuřice moruše
slunečnice cibule
kultivace vajiacuteček Beta vulgaris Tomaszewska-Sowa 2010
327 haploids 458 diploids and 215 ndash mixoploids
x opyleniacute ozaacuteřenyacutem pylem
přiacutemaacute
nepřiacutemaacute
Polyploidizace in vitro
duplikace celeacuteho genomu až 70 všech krytosemennyacutech rostlin je polyploidniacutech (Masterson 1994) POLYPLOID metabolicky aktivnějšiacute a rozměrnějšiacute plodiny ktereacute jsou vhodneacute pro pěstovaacuteniacute a leacutepe se vyrovnaacutevajiacute se stresovyacutemi podmiacutenkami
kolchicin
oryzalin
trifluralin
Protoplastoveacute kultury a fuacuteze protoplastů
1892 Klecker - 1 mechanickaacute izolace protoplastů Stratiotes aloides (řezan pilolistyacute) 1960 EC Cocking 1 enzymatickaacute izolace protoplastů Nicotiana sp 1978 G Melchers a kol 1 mezirodovyacute hybrid bdquopomatoldquo bdquotopatoldquo Solanum tuberosum x S lycopersicum (Lycopersicum esculentum)
httptheplanetfixerorg387new-vegetable-created-the-tomato-potato-plant
Protoplastoveacute kultury
= kultivace rostlinnyacutech buněk zbavenyacutech buněčneacute stěny
Protoplast = rostlinnaacute buňka bez buněčneacute stěny jejiacute povrch tvořiacute cytoplazmatickaacute membraacutena maacute kulovityacute tvar
Protoplastoveacute kultury - regenerace
Faktory ovlivňujiacuteciacute kultivaci a regeneraci
Hustota ( počet protoplastů v 1 ml)
Životnost ()
Podmiacutenky kultivace a meacutedium
bull Studium synteacutezy buněčneacute stěny vyacutevoj buňky fyziologie buňky a cytogenetiku
bull Studium hodnoceniacute uacutečinků farmak potravinovyacutech doplňků agrochemickyacutech laacutetek na rostlinnou
buňku
bull Studium transportu iontů a laacutetek přes cytoplasmatickou membraacutenu
bull Somatickaacute hybridizace (fuacuteze protoplastů)
bull Inkorporace exogenniacuteho genetickeacuteho materiaacutelu ndash organel cybridizace
bull Genoveacute transformace (cizorodaacute DNA z bakteriaacutelniacuteho plasmidu)
Protoplastoveacute kultury - fuacuteze
Využitiacute
kombinace znaků odlišnyacutech druhů a rodů ktereacute by nevznikly přirozenou cestou
jedinečneacute kombinace jadernyacutech a organelovyacutech genomů vytvaacuteřiacute noveacute genetickeacute zdroje
často jen - čaacutest chromozomů asymetrickeacute jaderneacute hybridy
chloroplasty
mitochondrie
chemickeacute fuacuteze - pomalejšiacute elektrofuacuteze - fuacutezanti po 10 min vyššiacute frekvence fuacutezantů
cytoplazmickeacute hybridy - cybridy
Charakterizace hybridů - morfologicky cytologicky molekulaacuterniacute analyacutezy
Přirozenaacute mezidruhovaacute hybridizace - vznik některyacutech kulturniacutech plodin
B oleracea + B campestris = Brassica napus Nicotiana sylvestris + N tomentosa = Nicotiana tabacum
cybridy nelze ziacuteskat klasickou hybridizaciacute (křiacuteženiacutem) ndash samčiacute pohlavniacute buňky (pyl zrna) nemajiacute plastidy a mitochondrie
V přiacuterodě blesky do půdy modifikace bakteriiacute
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
Přenos jaderneacute a cytoplazmatickeacute genetickeacute informace mezi rostlinnyacutemi druhy rody
- překonaacuteniacute sexuaacutelniacute inkompatibility
- přenos genů rezistence vůči virovyacutem houbovyacutem chorobaacutem
- přenos cytoplazmatickeacute samčiacute sterility
- přenos rezistence vůči stresům (teplotniacutem zasoleniacute)
- přenos rezistence vůči hmyziacutem škůdcům
(synteacuteza fytoalexinů)
- přenos genů pro synteacutezu zaacutesobniacutech proteinů vitamiacutenů
alkaloidů
plnokvětost
Protoplastoveacute kultury- fuacuteze protoplastů
využitiacute pro fytoremediace
Brassica juncea Tlaspi caerulescens brukev siacutetinovitaacute peniacutezek modravyacute akumulace Pb akumulace Zn a Ni hybrid se zvyacutešenou rezistenciacute k Pb Zn a Ni rychlyacute naacuterůst
biomasy
Brassica napus Thlaspi caerulescens hybridi rostly na vysokeacutem obsahu Zn
Fuacuteze protoplastů rodu Brassica s planyacutemi druhy
Armoracia rusticana
Barbarea vulgaris
Camelina sativa
Capsella bursa pastoris
Diplotaxis catholica
Diplotaxis muralis
Diplotaxis harra
Eruca sativa
Lesquerella fendleri
Mathiola incana
Moricandia arvensis C4
Moricandia nitens C4
Raphanus sativus
Sinapis alba
Sinapis arvensis
Thlaspi perfoliatum
Thlaspi caerulescens
Genoveacute banky In vitro genoveacute banky
2397 vzorků 1249 odrůd Solanum tuberosum 450 teraploidniacutech křiacuteženců S tuberosum 266 dihaploidů 119 mezidruhovyacutech hybridů rodu Solanum 313 genotypů kulturniacutech genotypů 23 planyacutech druhů
Havliacutečkův Brod
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu rostlin
1 Uchovaacutevaacuteniacute semen ndash semenneacute banky (od 1 roku - hellip)
2 Uchovaacutevaacuteniacute vegetativniacutech orgaacutenů ndash hliacutezy cibule řiacutezky
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro Kraacutetkodobeacute - aktivně rostouciacute kultury (pravidelneacute pasaacuteže) - uchovaacuteniacute kultur v minimaacutelniacutem růstu nižšiacute teploty kultivace
Dlouhodobeacute u rostlin kde nejsou semena
- za velmi niacutezkyacutech teplot (-196oC) = kryobanka
Databaacuteze ndash přiacutestupneacute z celeacuteho světa
Špicberky
genobanka - wwwvurvcz part databases EVIGEZ
vyacuteznam v mediciacuteně
Zaacuteložniacute fond semena potravinaacuteřskyacutech plodin z celeacuteho světa
stane se zaacuteložniacutem fondem pro ostatniacutech 1400
semennyacutech bank po celeacutem světě
v Iraacuteku a v Afghaacutenistaacutenu byla podobnaacute zařiacutezeniacute za
vaacutelky zcela zničena
na Filipiacutenaacutech je v roce 2006 poškodila povodeň
semennaacute banka pro světoveacute plodiny je umiacutestěna v hoře
maacute vyztuženeacute stěny betonem a železem
třiacute komory o velikosti 27 kraacutet 10 metrů
teplota minus 18 oC (konzervace po stovky až tisiacutece let) httpwwwnorambczarkivBasisartikler---OversettelserIkke-
bruktnovinkyseedvault_eng
k 1172010 zde bylo uloženo 716 523 vzorků semen patřiacuteciacutech ke 4 205 druhům
českaacute banka uloženaacute v Praze-Ruzyni zaacuteloha na Slovensku
Špicberky
Uchovaacutevaacuteniacute genofonduv ČR
genofond odrůd meruněk broskvoniacute mandloniacute reacutevy vinneacute kdouloniacute lonicer rakytniacuteků a dřiacutenů
2400 položek
25 000 položek
5400 položek 2397
položek
4700 položek
2000 položek
2300 položek
Naacuterodniacute informačniacute systeacutem genetickyacutech zdrojů EVIGEZ httpwwwgenbankvurvczgeneticresources
Uchovaacutevaacuteniacute genofondu in vitro
KRYOBANKA
prašniacuteky a pyl pletiva a orgaacuteny meristeacutemy
kalus
suspennzniacute somatickaacute kultury embrya
dlouhodobeacute skladovaacuteniacute
nižšiacute naacuteroky na uchovaacuteniacute
mezinaacuterodniacute vyacuteměna
nižšiacute podiacutel lidskeacute praacutece
potřeba menšiacuteho prostoru
uchovaacuteniacute genetickeacute stability
omezeniacute staacuternutiacute
ozdravenyacute materiaacutel
prodlouženeacute použitiacute pylu
uchovaacuteniacute vzaacutecnyacutech rostlin
apikaacutelniacute vrcholy
Biotechnologickaacute laboratoř Nestleacute - uchovaacutevaacute buněčneacute embryogenniacute linie kaacutevy kakaa a banaacutenů
Německaacute sbiacuterka mikroorganismů a buněčnyacutech kultur (DSMZ Braunschweig Německo) meristeacutemy 519 staryacutech kultivarů brambor ndash metoda mrazeniacute alginaacutetovyacutech perel
International Potato Centre (CIP Lima Peru) - 345 kultivarů brambor
INIBAP Leuven Belgie - 306 kultivarů banaacutenu (14 ze světoveacuteho počtu kultivarů)
Naacuterodniacute genobanka klonů NCGR USA - ročniacute naacuteklady
udržovaacuteniacute jedneacute položky v sadu (hrušně) 77 dolarů na skladovaacuteniacute in vitro 23 dolarů na kryoprezervaci 1 dolar (při počaacutetečniacute investici na kryometodu 50 dolarů za uchovaacutevanou jednotku)
Přiacuteklady komerčniacuteho využitiacute kryoprezervace meristeacutemů
Aplikace biotechnologiiacute ve šlechtěniacute rostlin
rostliny postraacutedajiacute schopnost aktivně se přesouvat z dosahu nepřiacuteznivyacutech vlivů rostliny vyvinuly adaptačniacute mechanismy pro překonaacuteniacute stresů a tiacutem přežitiacute v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech
Biotechnologie v zemědělstviacute ekologickeacute zemědělstviacute
VLIV ŠKŮDCŮ CHOROB A PLEVELŮ NA ZEMĚDĚLSKEacute PLODINY
1 sniacuteženiacute velikosti a vaacutehy zrna 2 ztraacuteta ve velikosti hliacutez a kořenů 3 zvyacutešeniacute obsahu vlhkosti 4 změny v chemickeacutem složeniacute zrna hliacutez a kořenů 5 odbarveniacute zrna a hliacutez - deformace 6 tvorba mykotoxinů patogeny 7 sniacuteženiacute kliacutečivosti 8 redukce krmiva
spotřeba vody - rezistence k suchu sniacutežiacute spotřebu uchovaacuteniacute vody rostlinou aplikace hnojiv chemickaacute kontrola škůdců
- studium abiotickeacuteho stresu
- zlepšeniacute ochrany rostlin vůči škůdcům
- ochrana životniacuteho prostřediacute
- zlepšeniacute kvality potravin
odstraněniacute hladu GMO fytoremediace
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
ohroženiacute klimatickyacutem suchem v ČR ndash nejrizikovějšiacute oblasti nižšiacute polohy na jižniacute a středniacute Moravě v prostoru mezi Prahou Uacutestiacutem nad Labem a Žatcem zaacutepadně od Pardubic
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
1 Rezistence k suchu - využitiacute vody zachovaacuteniacute vody v rostlinaacutech - zvyacutešeniacute produkce kutinu prodlužovaacuteniacute kořenů osmotickeacute zabezpečeniacute ochrana před oxidativniacutem stresem 2 Techniky opylovaacuteniacute 3 Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců 4 Rezistence k herbicidům
přechod rostlin na souš 450 mil let
gen koacutedujiacuteciacute protein zvyšujiacuteciacute produkci kutinu
gen koacutedujiacuteciacute stavebniacute protein prodlužujiacuteciacute buňky kořene
geny koacutedujiacuteciacute proteiny ktereacute zabraňujiacute destruktivniacutemuacuteuacutečinku vysokeacute koncentrace iontů zvyacutešeniacutem tvorby
transportniacutech proteinů ktereacute pumpujiacute ionty do vakuol
geny koacutedujiacuteciacute proteiny odpovědneacute za synteacutezu malyacutech molekul (osmoprotektantů) stabilizujiacuteciacutech membraacuteny
gen koacutedujiacuteciacute katalasu kteraacute rozklaacutedaacute kysliacutekoveacute radikaacutely (ROS)
Biotechnologie v zemědělstviacute
Rezistence k suchu - využitiacute vody
Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
vyacutevoj samčiacuteho gametofytu - spojen s expresiacute genů - 150 specifickyacutech genů spraacutevneacute načasovaacuteniacute
sporofyt gametofyt
2n 1n
rostlina pylovaacute zrnazaacuterodečnyacute vak
pohlavniacute rozmnožovaacuteniacute přiacuterodniacute vyacuteběr
pylzrna - exina (ovlivněna sporofytem) ochrana před UV laacutekaacuteniacute opylovačů - barva vůně komunikace s bliznou produkce alergenů
strategie rostlin zabraacuteněniacute samoopyleniacute
Biotechnologie v zemědělstviacute samčiacute gametofyt n TETRASPORE (TES) reg gen je vyžadovaacuten ke tvorbě přepaacutežek mezi produkty meioacutezy u mutanta všechna čtyři jaacutedra mikrospoacutery zůstaacutevajiacute ve stejneacute cytoplazmě polyploidniacute jedinci n GEMINI POLLEN 1 (GEM1) reg gen je vyžadovaacuten k orientaci mitotickeacuteho vřeteacutenka mutant tvořiacute dvě symetrickaacute jaacutedra typu vegetativniacuteho vede ke sterilitě n SIDECAR POLLEN (SCP) reg gen je vyžadovaacuten k děleniacute pylu prvniacute symetrickaacute pylovaacute mitoacuteza mutanta daacutevaacute dvě stejneacute buňky jedna extra- vegetativniacute (sterilniacute sidecar) a druhaacute regvegetativniacute a generativniacute mutace nevede ke sterilitě n QUARTET (QRT) reg gen je vyžadovaacuten k separaci pylovyacutech zrn u mutantů jsou stěny meiotickyacutech produktů pyloveacute mateřskeacute buňky fuacutezovaacuteny a zrna se uvolňujiacute v tetraacutedaacutech
samičiacute makrogametofyt n FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) a FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE) reg geny hrajiacute regulačniacute role ve vyacutevinu semene po oplozeniacute u mutantů se diploidniacute jaacutedra endospermu vyviacutejejiacute bez oplozeniacute pak atrofujiacute mutace neovlivňujiacute vaječnou buňku - procesy embryogeneze a vyacutevinu endospermu jsou odlišneacute n MEDEA (MEA) reg mutace genu způsobuje hypertrofii a zaacutenik embrya neniacute jasneacute na jakeacute uacuterovni se gen projevuje zaacuterodečnyacute vak endosperm nebo maternaacutelně imprintovanyacute embryonaacutelniacute gen
Biotechnologie ve šlechtěniacute rostlin Selektivniacute šlechtěniacute rostlin - přiacuterodniacute genetickeacute diverzity rostlin Techniky překonaacuteniacute barieacuter šlechtěniacute
Barieacutery Technika překonaacuteniacute Před oplodněniacutem
selhaacuteniacute kliacutečeniacute pylu odstraněniacute pestiacuteku
pomalyacute růst pyloveacute laacutečky chemickeacute předpůsobeniacute fytohormony
pylovaacute laacutečka neroste opylovaacuteniacute in vitro
selhaacuteniacute ziacuteskaacuteniacute sexuaacutelniacutech hybridů fůze protoplastů
odlišneacute čiacuteslo chromozomů chemickeacute navozeniacute duplicity chromozomů
Po oplodněniacute
abortace embrya in vivoin vitro embryokultutry
sterilniacute hybridy chemickaacute diploidizace (zdvojeniacute chromozoacutemů)
vyacutevoj semen
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
Škůdci v historii naacutelety sarančat (Staryacute zaacutekon)
ochrana saze tabaacutek
začaacutetek 19 stol - siacutera na houboveacute patogeny 1939 objev DDT uacutečinek na hmyz teorie bdquohmyz se může staacutet rezistentniacuteldquo 1948 Nobelova cena P Muumlller
50 leacuteta 20 st - herbicidy - postřiky na plevele ( rezistence na herbicid) 1972 zaacutekaz DDT (vyacutejimka - boj s malaacuteriiacute v Africe - naacutevrat DDT)
škůdce - hmyz hliacutestice 1861 - v Americe Iowa Nebraska 1880 1 pesticid v S Americe arzeacutenem bdquoParis greenldquo
S rostouciacute intenzitou pěstovaacuteniacute roste hospodaacuteřskyacute vyacuteznam škodlivyacutech organismů objem škod se zvyšuje staacutele přibyacutevajiacute noveacute druhy škodlivyacutech organismů zavaacutedějiacute se staacutele noveacute prostředky
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin - hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy
1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho
obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
ROS Reactive oxygen species reaktivniacute formy kysliacuteku SAR Systemic acquired resistance systeacutemově ziacuteskanaacute rezistence = neinfikovaneacute buňky začiacutenajiacute s přiacutepravou na atak patogena
napadeneacute rostliny uvolňujiacute signaacutelniacute molekuly (těkaveacute laacutetky - druhově specifickeacute) a varujiacute okolniacute rostliny ještě před napadeniacutem hmyzem
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute
Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců Rezistence k herbicidům
princip vnitřniacuteho systeacutemu ochrany rostlin -hypersenzitivniacute odpověď - lokalizace infekce- rostlina odpoviacutedaacute na infekci - podle molekul z patogena přes bdquoROSldquo spouštiacute biochemickeacute procesy 1 vyvolaacute siacuteťovaacuteniacute molekul v BS zesiacuteliacute ochranu vůči patogenu 2 programuje buněčnou smrt infikovaneacute buňky i patogena 3 ROS je pro okolniacute buňky varovnyacute signaacutel a stimuluje aktivaci sekundaacuterniacuteho obranneacuteho systeacutemu tzv bdquoSARldquo
produkujiacute u různyacutech rostlin různě - sekundaacuterniacute metabolity - odstrašeniacute nebo zničeniacute patogena - proteiny inhibujiacuteciacute aktivitu zažiacutevaciacutech enzymů hmyzu - enzymy degradujiacuteciacute buněčnou stěnu hub (chitinaacutezy) - proteiny inhibujiacuteciacute překlad proteinů u škůdce - antiviroveacute složky degradujiacuteciacute virovou RNA blokujiacute vstup do buňky zastavujiacute replikaci
geny ktereacute bdquoSARldquo zapiacutenajiacute zvyšujiacute rezistenci rostliny
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům - již v čaacutesti fytotatologie
Co je plevel soutěžiacute s plodinou o živiny světlo a prostor intenziacutevně roste podiacuteliacute se na šiacuteřeniacute chorob a škůdců
lat herba - rostlina řeč cidoacute - ničiacutem
Vznik rezistence plevelů vůči některyacutem herbicidniacutem laacutetkaacutem = reakce plevelnyacutech druhů na podmiacutenky současneacuteho pěstovaacuteniacute rostlin = dlouhodobeacute působeniacute herbicidů
Vyacutevoj plevelů na zemědělskeacute půdě v naacutevaznosti na skladbu pěstovanyacutech plodin Vznik rezistence plevelů vůči herbicidům Problematika invaziacute a expanziacute plevelů
Biotechnologie v zemědělstviacute Rezistence k suchu - využitiacute vody Techniky opylovaacuteniacute Chemickaacute kontrola hmyziacutech škůdců
Rezistence k herbicidům
Rezistenci vůči herbicidům způsobujiacute biochemickeacute fyziologickeacute změny nebo morfologickeacute odlišnosti ktereacute ovlivňujiacute přiacutejem herbicidů rostlinou
- degradujiacute herbicid
- měniacute jeho biochemickou funkci v rostlině
- pozměňujiacute miacutesto na ktereacute herbicid v rostlině působiacute
Rezistence rostlin vůči herbicidům dědičnaacute schopnost odolaacutevat takoveacute daacutevce herbicidů při ktereacute by za normaacutelniacutech okolnostiacute byla populace potlačena
směr pro šlechtěniacute
Aplikace rostlinnyacutech biotechnologiiacute v životniacutem
prostřediacute
takto nebo takto
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Těžba a zpracovaacuteniacute surovin(těžkeacute kovy- Cd Pb prach) Průmyslovaacute vyacuteroba (barviva)
Skladovaacuteniacute (haldy kaliště sklaacutedky) Zemědělstviacute (pesticidy herbicidy)
Domaacuteciacute odpad (leacutečiva detergenty praciacute prostředky)
čin
no
st č
lově
ka
půda voda ovzdušiacute
znečištěniacute
degradace organismy produkujiacuteciacute laacutetky (enzymy) pro
ciacutelenyacute rozklad
organismy snižujiacuteciacute toxicitu toxickeacute laacutetky metylaciacute dehalogenace hydroxylace hydrolyacuteza deaminacehellip
substraacutet je zdrojem C a energie
dekontaminace
+ katastrofy Černobyl vaacutelečneacute konflikty
remediace = navraacuteceniacute k původniacutemu stavu
Biodegradace všechny přirozeneacute procesy ktereacute jsou uskutečňovaacuteny bakteriemi a jinyacutemi mikroorganizmy nebo vyššiacutemi organismy ktereacute vedou k destrukci organickyacutech molekul = organickyacute substraacutet je přeměňovaacuten až na CO2 Bioremediace (bakterie houby)
spočiacutevaacute v akceleraci přirozenyacutech biodegradačniacutech procesů nebo v ciacuteleneacute biodegradace - vede k ozdraveniacute kontaminovaneacuteho prostřediacute - detoxifikace měniacute se na netoxickeacute = neškodneacute laacutetky - aplikaciacute mikroorganismů
Fytoremediace (rostliny) niacutezkaacute cena
využitiacute rostlin k odstraněniacute toxickeacute zaacutetěže (těžkeacute kovy) řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny Zooremediace (zviacuteřata)
zpracovaacuteniacute odpadů pomociacute zviacuteřat bezobratliacute - perlorodky měkkyacuteši
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
nevyacutehody pomalaacute viacutece než 2 roky maleacute rozměry vhodnyacutech rostlin maacutelo druhů vhodnyacutech rostlin neniacute 100 probleacutem s rostlinnyacutem odpadem - potřeba zvlaacuteštniacutech sklaacutedek spadeneacute listiacute
- řiacutezeneacute spalovaacuteniacute
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacute len slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
vyacutehody mineralizace organickyacutech sloučenin niacutezkeacute naacuteklady pasiacutevniacute metoda bez transportu kontaminovaneacute půdy energie ze slunečniacuteho zaacuteřeniacute nepoškozuje okoliacute - sniacuteženiacute prašnosti
estetickyacute přiacutenos etickyacute uacutečinek (veřejnosti přijatelnyacute)
2005 cca 450 rostlinnyacutech druhů - tzv bdquohyperakumulaacutetoryldquo 100 x vyššiacute akumulace než u ostatniacutech rostlin
teorie vzniku - obrana vůči hmyzu - hmyz preferuje
niacutezkeacute koncentrace kovu
Thlaspi careulescens
X bagrovaacuteniacute kontaminovaneacute zeminy transport zeminy dekontaminace
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute přiacutejem kořeny - z půdy přiacutejem nadzemniacute čaacutestiacute rostliny - vyacutefukoveacute plyny
akumuluje
degraduje
detoxifikuje
roste na kontaminovaneacute půdě
produkuje velkeacute množstviacute biomasy
tolerantniacute k salinitě a jinyacutem toxickyacutem podmiacutenkaacutem
poskytuje ekonomickeacute hodnoty - textilniacute vlaacutekna (len konopiacute)
GMO - gen fytovolatizace - bakteriaacutelniacute geny transformovaacuteny do rostlin transgeny merA a merB fytoextrakce - gen gsh1 a gsh2 z E coli do Brassica juncea
potenciaacutel je v GMO rostlinaacutech
Laboratoř rostlinnyacutech biotechnologiiacute Společnaacute laboratoř UacuteEB AV ČR vvi A VUacuteRV vvi Akademie věd Českeacute Republiky Mendelova univerzita v Brně Uacutestav experimentaacutelniacute botaniky AV ČR Vyacutezkumnyacute uacutestav rostlinneacute vyacuteroby v Praze Metoda použita na čištěniacute uranem a radiem znečištěneacute vody v Mydlovarech - kořenovaacute čistiacuterna
ideaacutelniacute rostlina
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute
proces substraacutet ciacutel rostlina
fytoextrakce fytoakumulace
odstraněniacute toxickyacutech laacutetek z půdy a vody - akumulaciacute rychle rostouciacute rostlinou (zůstaacutevaacute v rostlině)
půda sedimenty kaly odpadniacute vody
toxickeacute kovy radionuklidy
Thlaspi sp Brassica sp
fytostabilizace ciacuteleneacute pěstovaacuteniacute tolerantniacutech druhů zamezeniacute eroziacute
půda haldy odkaliště těžkeacute kovy dlouheacute a bohateacute kořeny
fytovolatizace odstraněniacute Hg pomociacute genu koacutedujiacuteciacuteho reduktaacutezu Hg2+ na Hg0
a uvolněniacute do ovzdušiacute
půdy sedimenty odkaliště průmysloveacute a zemědělskeacute odpadniacute vody
kovy - Se Hg chlorovanaacute rozpouštědla
stromy traacutevy Brassica sp
fytodegradace degradace kontaminantů rostlinou na netoxickeacute laacutetky
půdy sedimenty odkaliště odpadniacute vody
ropneacute laacutetky pesticidy detergenty
stromy traacutevy
rhizofiltrace odstraněniacute pomociacute rostlinnyacutech kořenů
povrchoveacute vody odpadniacute vody
těžkeacute kovy - Co Cu Cr Mn Ni radionuklidy
Brassica sp Helianthus vodniacute rostliny hydroponie
superrostliny
niacutezkeacute naacuteklady
kořenovaacute čistička = umělyacute mokřad oddělenyacute od okoliacute nepropustnou foacuteliiacute využiacutevaacute samočisticiacutech procesů probiacutehajiacuteciacutech v propustneacutem půdniacutem prostřediacute za spoluuacutečasti rostlin čištěniacute odpadniacutech vod z domaacutecnostiacute sklaacutedek a některyacutech průmyslovyacutech provozů
Rhizofiltrace
httpwwwnemcoviceczcontentviewfull3607
rostliny s vysokyacutemi
naacuteroky na vyacuteživu
+
bakterie
může zapaacutechat
5x - 10 x nižšiacute naacuteklady
Člověk čistiacute odpadniacute vodu za pomoci zařiacutezeniacute
ale přiacuteroda to zvlaacutedaacute bez přiacutestrojů a mnohem levněji
Fytoremediace (rostliny) - pasiacutevniacute technika
využitiacute rostlin k odstraněniacute přesunu toxickeacute zaacutetěže (např těžkeacute kovy) - kontaminantů řasy peniacutezek rolniacute rychle rostouciacute rostliny (technickeacute konopiacutelen slunečnice kukuřice) a rychle rostouciacute dřeviny
Biotechnologie životniacuteho prostřediacute niacutezkeacute naacuteklady
rostlina chemickaacute sloučenina
pšenice 24 -D MCPA jako zdroj uhliacuteku
kukuřice atrazin degradace atrazinu mikroorganismy rhizosfeacutery
fazole diazinon parathion mineralizace v rhizosfeacuteře
luštěniny nafta
Kučerovaacute et al 1999 Chemickeacute listy
přiacutejem - velikost kořenoveacuteho systeacutemu přiacutestupnost pro rostlinu např chelaacutety
transport rostlinou - apoplast (difuacuteziacute)
symplast (specifickeacute přenašeče)
miacutesto uskladněniacute hustota rostlin v porostu
zaacutevažnějšiacute ekologickyacute a toxikologickyacute vyacuteznam přibližně 16 prvků (Fe Mo Mn Zn NiCo Cu V W Cr Hg Pb Cd Sb Ag a U)
Budoucnost fytoremediaciacute niacutezkeacute naacuteklady
Fytoremediace v praxi
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Ural 1953 odstraněniacute těžkyacutech kovů
Amana Iowa hybridniacute topoly atrazin odstraněna čaacutest až 20
Beaverton Kreton
hybridniacute topoly
organickeacute laacutetky kovy
a amonneacute sloučeniny
celkoveacute vyčistěniacute oblasti
lokalita rostliny kontaminant vyacutesledek
Fukušima 113 2011 slunečnice radioaktivniacute cesium dekontaminace půdy
Černobyl 2641986 slunečnice jabloně
cesium stroncium dekontaminace půdy povrchoveacute vody
paacutes 30 km - likvidace radioaktivniacutech rostlin
nebudou spaacuteleny rozloženy a kompostovaacuteny - speciaacutelniacute bakterie
slunečnice spotřebovaacutevajiacute z půdy drasliacutek kteryacute patřiacute mezi alkalickeacute kovy stejně jako cesium drasliacutek neniacute v půdě přiacutetomen květiny využijiacute praacutevě druhyacute prvek - Cs
Biotechnologie v ŽP niacutezkeacute naacuteklady
fytomining - fytodobyacutevaacuteniacute fytodolovaacuteniacute
ziacuteskaacutevaacuteniacute kovů z rostlin kde klasickaacute těžba je nevyacutehodnaacute rostliny - bdquotěžaři vzaacutecnyacutech kovůldquo a polokovů AuTh Co U Cd Ni Cu Mn
v rostlinaacutech hyperakumulaacutetorech je akumulace prvku sušina rostliny jako -ldquobio-rudaldquo
vyacutehody
- obsah kovu v bdquobio-ruděldquo je vyššiacute než v běžneacute rudě
- meacuteně skladovatelneacuteho miacutesta
- zelenaacute technologie jako alternativa
fytomining Ni pomociacute Alyssum bertolonii
Robinson et al 1997 The nickel hyperaccumulator plant Alyssum bertolonii as a potential agent for phytoremediation and phytomining of
nickel Journal of Geochemical Exploration59(2)75-86
zlatonosneacute rostliny
zlataacute jablka
zlateacute kapradiacute
hledaacuteniacute nalezišť
technologie budoucnosti
Směr rostlinnyacutech biotechnologiiacute bioplasty z biomasy (škroby tuky) nahrazujiacute fosilniacute zdroje vyacutehodou je biodegradace biopaliva rostlinnyacute materiaacutel a řasy bioethanol GMO rezistentniacute rostliny vůči postřikům hmyziacutem škůdcům transfer genů pro symbiotickou fixaci dusiacuteku z luštěnin do dalšiacutech plodin přenos genů z bdquoC4ldquo do bdquoC3ldquo rostlin pro dosaženiacute uacutečinnějšiacute fotosynteacutezy (ryacuteže)
Transgenoziacute se přenaacutešiacute přirozeneacute geny vznikleacute evoluciacute z jednoho organismu do druheacuteho kteryacute se s daacutercem genu obvykle
nemůže křiacutežit pouze dokaacuteže přenosy mezi vyacutevojově ještě vzdaacutelenějšiacutemi organismy
Geny použiacutevaneacute při transgenosi jsou braacuteny z přiacuterody např gen v soacuteji tolerujiacuteciacute glyfosaacutet - je z bakterie rodu Agrobacterium
Klasičtiacute šlechtiteleacute takto pracujiacute daacutevno např smiacutechali geny pšenice a žita
GMO
Transgenoze ndash vnaacutešeniacute znaacutemyacutech jednotlivyacutech genů do dědičneacuteho
zaacutekladu (poprveacute 1978)
Pro přenos - Agrobacterium tumefaciens A rhizogenes E coli
httpblogscassuffolkeduiglesias20140424gmos
GMO bez obalu httpwwwbezpecnostpotravinczUserFilespublikaceGMO_web_1pdf
GMO - transgenniacute rostliny CARTAGENSKYacute PROTOKOL o biologickeacute bezpečnosti 29 1 2000 Montreal (OSN ndash program pro životniacute prostřediacute UNEP) platnost 11 9 2003
ČR podepsala 24 52000 (gmovschtcz) nyniacute 160 staacutetů
opatřeniacute ve staacutetech ktereacute se připojiacute k projektu (dovoz vyacutevoz transport)
vzdělaacuteniacute odborniacuteků a informovaacuteniacute veřejnosti
vytvořeniacute noveacute legislativy GMO (wwwenvcz )
spolupraacutece při vyacuteměně zkušenostiacute
Svět 2010 - viacutece než 150 mil ha viacutece než 20 zemiacute
pro vegetačniacute čaacutesti
nebo plody
CIacuteL PROTOKOLU - zajistit ochranu a bezpečnost při zachaacutezeniacute využiacutevaacuteniacute a přenosu živyacutech modifikovanyacutech organismů ktereacute jsou vyacutesledkem moderniacutech biotechnologiiacute a ktereacute mohou miacutet nepřiacuteznivyacute vliv na zachovaacutevaacuteniacute biologickeacute rozmanitosti a zdraviacute člověka Protokol je zaměřen předevšiacutem na převoz GMO přes hranice staacutetů a maacute ochraňovat zejmeacutena staacutety kteryacutem dosud chybiacute vlastniacute vnitrostaacutetniacute praacutevniacute předpisy v oblasti GMO
GMO - transgenniacute rostliny historie
EVROPA
SRN - Max-Planck-Institut
Belgie - Universita Ghent
Švyacutecarsko- ETH Zurych
ČR - Biofyzikaacutelniacute uacutestav Brno (Agrobacterium jako vhodnyacute přenašeč genů)
ČR - UacuteEB ČSAV Českeacute Budějovice (metody modifikaciacute)
2010 1 transgenniacute hraacutech v Evropě (ČR Agritec Šumperk)
transgenniacute len - oleje
FYTOPATOLOGIE IN VITRO
Fytopatologie in vitro
in vitro selekce = kultivace buněk se selekčniacutem činitelem (fitraacutet inokulum toxin)
ndash přežiacutevajiacuteciacute buňky jsou regenerovaacuteny do rostlin resistentniacuteho fenotypu
Studium interakce rostlina x patogen v kontrolovanyacutech podmiacutenkaacutech
Druh Patogen Typ biologickeacuteho testu Ciacutel
Coffea arabica Colletotrichum kahawae růst houby na kalusech vyacuteběr rezistentniacutech genotypů
Vitis vinifera Elsinoe ampelina růst kalusu na meacutediu s patogenem testy rezistence
Lycopersicon aes Alternaria alternata testy na izollistech in vitro hodnoceniacute toxicity
Pinus taeda Cronartium quercuum embryokultury s houbami vyacuteběr rezistentniacutech embryiacute
Triticum aestivum Microdochium nivale listy semenaacutečky in vitro vyacuteběr rezistentniacutech kultivarů
ozdravovaacuteniacute rostlin
klonoveacute množeniacute rezistentniacutech taxonů