Växtbioteknik. Ines Ezcurra. (Eller: Transgena Växter) Docent i molekylär genetik, Träbioteknik, KTH Bioteknologi.

Relevanta dokument
Jordbrukets revolutioner:

Växtbioteknik. Definition: Historik och GMO kontroversen. Jordbrukets revolutioner:

Genetisk modifiering av skogsträd - produktion av gröna kemikalier från skogsråvara

Klimat och miljö vad är aktuellt inom forskningen. Greppa Näringen 5 okt 2011 Christel Cederberg SIK och Chalmers

Åsa Grimberg. bioscience explained Vol 8 No 1. Växtförädlarens verktygslåda genom tiderna. Avdelningen för växtförädling P.O. Box 101, SE Alnarp

Växtbiologi III: Stress och GMO. Jessica Abbott

Framtidens träd och träråvara. Ove Nilsson Umeå Plant Science Centre Dept. of Forest Genetics and Plant Physiology SLU

Botanik 1. Föreläsning Johan Edqvist

Genmodifierade Träd. Vilka möjligheter erbjuder gentekniken?

Framtidens Bioraffinaderi mycket. mer än papper och massa

Fossilförbannelse? Filip Johnsson Institutionen för Energi och Miljö Pathways to Sustainable European Energy Systems

Konsumtion, energi och klimat. Annika Carlsson-Kanyama FOI och LTH

Modern växtbioteknik. så kan den bidra till bättre miljö och ökad hållbarhet

Klimatpåverkan och de stora osäkerheterna - I Pathways bör CO2-reduktion/mål hanteras inom ett osäkerhetsintervall

TENTAMEN för KMB056 - Molekylär Bioteknik

PROV 6 Bioteknik. 1. Hur klona gener med hjälp av plasmider?

A VIEW FROM A GAS SYSTEM OPERATOR. Hans Kreisel, Weum/Swedegas Gasdagarna, 16 May 2019

Biodrivmedel i Sverige varför sådant genomslag?? Ann Segerborg-Fick Energimyndigheten

Tentamen Biologi BI1112 Termin och år: Klockan:

Stadsbyggnadsdagarna. Attraktiv hållbarhet! 4 februari, Johan Kuylenstierna Executive Director

Genteknik i skogen en hållbar investering?

Världens jordar Nexus för klimatmål och uthållighetsmål

BioDME Varför? Hur? När? Alternativa bränslen för tunga fordon Seminarium Visby, 5 juli 2011 Ingvar Landälv, CTO, Chemrec AB

Sanningar och myter Genmodifiering, förädling, GMO många benämningar på samma sak?

GMO eller inte GMO? Nya tekniker sätter lagstiftningen på prov. Konventionell växtförädling

Åkermark som kolsänka - att inkludera kolinbindning i analys av biogassystem LOVISA BJÖRNSSON

Lignin i pulverpannor

Verksamhetsidé. SLU utvecklar kunskapen om de biologiska naturresurserna och människans förvaltning och hållbara nyttjande av dessa.

Biogas som värdeskapare

Kristofer Vamling. bioscience explained Vol 3 No 2. Nya verktyg till modern växtförädling A C. Plant Science Sverige AB Svalöv

Etanol från Cellulosa. BioEtanol. ETANOL - BRED RÅVARUPOTENTIAL Från Spannmål till biomassa med cellulosa. Barrskogsbältet. Processutvecklingssteg

Kap 26 Nukleinsyror och proteinsyntes. Bilder från McMurry

Hållbarhet i tanken klimathot, energiomställning och framtidens drivmedel?

Klimatmål, fossila bränslen och CCS

Instuderingsfrågor avsnitten Molekylär genetik och Rekombinant DNA tekniker, MCB

PROV 6 Bioteknik. 1. Hur klona gener med hjälp av plasmider?

Vikten av svensk växtförädling och Lantmännens strategi för inlicensiering av sorter

Indikatorer för utvecklingen av de Europeiska energisystemen

Biogas som värdeskapare

Klimatanpassning bland stora företag

Klimatsmart utfodring Kol i mark sänka eller utsläpp i foderproduktionen? Christel Cederberg, SIK/Chalmers Greppa Skövde 24/1 2013

Dränerade våtmarker, storlek på emission och rapportering till UNFCCC och Kyoto. Åsa Kasimir Klemedtsson

Vi arbetar för att öka användningen av bioenergi på ett ekonomiskt och miljömässigt optimalt sätt.

Grass to biogas turns arable land to carbon sink LOVISA BJÖRNSSON

Effektiva transporter En förutsättning för vår konkurenskraft En del av miljöproblemet - En del av lösningen

Tillväxtregulatorer biologi

Visst finns det mark och vatten för biobränslen!

Hållbar livsmedelsförsörjning en lokalt global fråga som inte kan lösas med en enskild åtgärd

Risk- och nyttovärdering - allmänt om risker med genförändring beträffande livsmedel och foder. Christer Andersson Livsmedelsverket

Klimat och Mat. Fil.dr. Åsa Kasimir Klemedtsson vik. Universitetslektor vid Inst. för Växt- och Miljövetenskaper, Göteborgs Universitet

Gräs till biogas gör åkermark till kolsänka LOVISA BJÖRNSSON

Ladokkod: TK151C Tentamen ges för: Bt3. Namn: Person nummer: Tentamensdatum: 17/ Tid: 09:00-13:00. Hjälpmedel

Omställning av busstrafiken till eldrift

Konsumtionsbaserade indikatorer på väg mot klimatmål och miljömål. Carina Borgström Hansson

Sustainability transitions Från pilot och demonstration till samhällsförändring

SYNPUNKTER Datum Vårt dnr Sidnr Birgit Postol tel /2005 1(5) Jordbruksverket JÖNKÖPING

Forskningsområdet i Sverige och utlandet, idag och i framtiden. Per Hofvander, Lund, 11 November 2015

Strategier för minskade koldioxidutsläpp inom energisystemet exempel på framtidens drivmedel

APOPTOS Programmerad celldöd

Senaste nytt om biobränslen och miljöbilar. Östersund Juni 2009

SAMMANFATTNING - ansökan om utsättning av genetiskt modifierade högre växter (angiospermae och gymnospermae)

Växtskydd och GMO i importerad soja. Christel Cederberg, SIK Institutet för Livsmedel och Bioteknik

Hur kan jordbruket bidra till att minska klimatpåverkan? Anna Richert, Svenskt Sigill Norrköping, 25 jan 2011

Lantbrukets och Lantmännens satsningar och möjligheter inom hållbara biodrivmedel. Lantmännen Energi Alarik Sandrup, Näringspolitisk chef

Bioteknik. Sammanfattande bedömning. Ämnesbeskrivning

The Arctic boundary layer

processindustrin Thore Berntsson

vilken roll kommer vindenergi att spela i det svenska energisystemet? hur många TWh kommer att produceras 2050? och var kommer det att byggas?

Biogasens samhällsnyttor i en cirkulär ekonomi

SEKAB IN SHORT. SEKAB: Founded: Head quarter: Turn over 2010: Employees: Owners: Outsourcing:

Område: Ekologi. Innehåll: Examinationsform: Livets mångfald (sid ) I atomernas värld (sid.32-45) Ekologi (sid )

Miljöpåverkan av kaninkött. Ulf Sonesson,

Norrbottens resurser vad gäller förnybar energi ur ett EU perspektiv. Sabine Mayer

KOMMENTARER TILL KAPITEL 9 OCH KAPITEL 16

Alternativa drivmedel ett försök att bringa reda bland möjligheter och begränsningar med olika drivmedel och tillhörande fordonstekniker.

DUGGA Molekylärbiologi T2 / VT p (G = 25 p)

Bioenergi för energisektorn - Sverige, Norden och EU. Resultat från forskningsprojekt Bo Rydén, Profu

Möjligheter med GMO. Jens Sundström

Hur stor är risken för horisontell genöverföring från växter till bakterier?

Biogasens möjligheter i Skåne. Desirée Grahn Verksamhetsledare, Biogas Syd Landskrona,

TENTAMEN för KMB056 - Molekylär Bioteknik

Bioraffinaderi Öresund för ett hållbart samhälle med nya affärsmöjligheter

Globala problem och lokala lösningar

Formulär för redovisning av avsiktlig utsättning av genetiskt modifierade högre växter

Monsanto - fokus på framtiden. Fakta majs. Monsanto fokuserar idag 100% på jordbruk. Monsanto. Investeringar i F&U

TENTAMEN för KMB056 - Molekylär Bioteknik

STOCKHOLMS UNIVERSITET BIG VÄXTFYSIOLOGI (BL2016 och BL3005)

STOCKHOLMS UNIVERSITET. Institutionen för biologisk grundutbildning. Tentamen i Molekylär cellbiologi 10 p Namn: _.. Personnummer:.

Läkemedelsupptäckt och utveckling (Drug discovery and development)

DNA-molekylen upptäcktes DNA - varken protein, kolhydrat eller lipid.

Nanoteknologi för framtida växtskydd

Genteknik som tar skruv

Regional Carbon Budgets

Marie Nyman. bioscience explained Vol 8 No 1. GMO eller inte GMO? Nya tekniker sätter lagstiftningen på prov. Gentekniknämnden, Stockholm, Sverige

Ekologi. Samspelet mellan organismerna och den omgivande miljön

Soil Security - Ett seminarium om markens värde

PROV 4 Växtproduktionsvetenskaper och husdjursvetenskap

CRISPR - revolutionerande genteknik. Magnus Lundgren Uppsala Universitet

Genetik II. Jessica Abbott

Forskning för ökad baljväxtodling i Europa

Transkript:

Växtbioteknik (Eller: Transgena Växter) Ines Ezcurra Docent i molekylär genetik, Träbioteknik, KTH Bioteknologi ines@biotek.kth.se

Växtbioteknik - Historik och GMO kontroversen - Lagstiftning & regler - Transgena växter: metoder - Large-scale biology - Industriella tillämpningar

Definition: Växtbioteknik = Modifiering av växtcellers proteinuttryck med hjälp av rekombinant DNA teknik Exempel: Stabila transgener, "transient" uttryck, gene silencing

Historik och GMO kontroversen

Jordbrukets revolutioner: - 20 000-3 000 BC: Den neolitiska revolutionen m.h.a. domesticering av grödor. - 60-talet: Den gröna revolutionen m.h.a. hybridgrödor, bevattning, konstgödsel. - 90-talet: Växtbiotekniska revolutionen?

GMO kontroversen Den första GMOn var Flavr Savr tomaten, 1994, antisense polygalacturonas, mognar i plantan och förblir fast. God efterfråga, ingen kontrovers. Sen kom: - Endless Summer tomaten, saknar produktion av växthormonet etylen, förblir grön (marknadfördes aldrig p.g.a. patenttvist) - Bt majs, uttrycker Bacillus thuringiensis insekticid protein Cry9C - Roundup soja, uttrycker herbicidresistent protein EPSPS från Agrobacterium. Herbiciden glyfosat (Roundup) inhiberar växtens endogena EPSPS, som behövs för biosyntes av aromatiska aminosyror

- För alla dessa produkter: ingen självklar fördel för konsumenter, dålig info om fördelar från producenter. - Allmänheten fortfarande känslig efter galna-kosjukan 1996. - Det handlar ju om mat och miljö! Frankenfoods!!!

Några inflytelserika artiklar: - Playing God in the garden, av Michael Pollan, New York Times söndagsbilaga 1998. - Monark fjärilen vs. Bt-majs, artikel i Nature 1999. - Kontamination av transgen majs i gamla majssorter i Mexico, artikel i Nature 2000.

Antiglobaliseringsrörelsen 1999 tog ställning mot GMOs och Monsanto. José Bové under en anti-gmo protest i Mars 2006

Anti-GMO argumenten handlar ofta om den moderna jodbrukens problem & dilemma, och om jordbrukspolitik, snarare än om GMOs.

Lagstiftning i Sverige och EU All verksamhet som gäller GMO kräver tillstånd av en myndighet, som bör analysera miljö- och hälsorisker samt konsekvenser av eventuella skador. Detta gäller: - Utsläppande på marknaden, det vill saga försäljning eller användning i olika produkter - Försöksodling i fält - Innesluten användning, till exempel i växthus och i laboratorier GMO skall alltid märkas!!! på labb, i växthus, på fält, i den färdiga produkten

Debatten håller på att vända: - Växtbioteknologi växer i hela världen, särskilt i 3:e världen. T.ex. utvecklingen i Argentina: soya export skapar $$$-inflöde, jordbruket & ekonomin blomstrar - Fågelinfluensan skapar vaccinbehov - Energikrisen skapar behov av biobränsle, Greenpeace reviderar uppfattning - Tekniska genombrott för produktion av terapeutiska proteiner i växter

Increased yields

Some economic statistics (Argentina 2005)

Transformation av växter

Transformation av växter Stabila transformanter: ärftlig modifiering GMOs Transient" uttryck: icke-ärftlig modifiering ej GMO Transient GFP uttryck

Agrobacterium transformation: Ti = tumor inducing T-DNA = transferred DNA

Ti-plasmiden = en naturlig växtvektor Auxin & Cytokinin: växthormoner Opiner - syntes & secretion från tumörer - används som C-källa av A. tumefaciens Border sekvens (höger): krävs för T-DNA integrering vir-gener Transfer + integrering av T-DNA Ori: startpunkt för replikation

Modifierade Ti plasmider = växtvektorer, även kallade binära vektorer (t.ex. kanamycin R ) Vir-generna i Agrobakterium cellen genom en modifierad Ti-plasmid utan T-DNA

Transformation av tobak 1 2 1. Co-cultivation: sterila bladbitar + Agrobacterium 2. Vävnadskultur under selektion + hormoner som inducerar skott & rötter 3. Stabila transformanter 3

Biolistik - transformation med helium-drivna gene guns - Bra för arter som inte kan transformeras med Agrobacterium, t.ex. sädesslagen. - Även för transient uttryck. - Guldpartiklar med höghastighet

Transient GUS activity in bombarded immature wheat embryos

Promotorer och reportergener: PROMOTER X GENE X PROMOTER X REPORTER GENE By ex. GUS, LUC, GFP Reportergen aktiveras under samma omständigheter som GEN X

Växtpromotorer: viktiga verktyg för växtbioteknik 35S (från växtvirus) ubiquitin konstitutiva napin Inducerbara: Glucocorticoid receptor system: induceras med dexometason, kräver uttryck av GR-fusion Hsp: heat shock promoter, induceras vid ~50 C fröspecifik AD DB RE GR + dex Y.F.P.

Reporter gener: Kan selekteras Hystokemisk analys Kvantitativ analys GUS, ß-glukuronidas - ja ja LUC, luciferas - ja - GFP - ja - kanamycin R ja - - hygromycin R ja - - streptomycin R ja - - klassiska reporters selektionsmarkörer

GA1 Histokemisk GUS analys med olika växt promotorer PAL840 Napin LeExt1

Transient uttryck: agroinfiltration ~ 5 d Agrobakterium kultur pressas in i bladet genom klyvöppningar i bladets undersida.

Virala vektorer: Levereras med hjälp av Agrobakterium Binär vektor: T-DNA innehåller växtpromotor plus TMV (tobacco mosaic virus) genom, plus kodande delen för givet målprotein RB Växtpromotor Virus replikas Virus movement protein Målprotein RB (RNA) mrna = RNA virus (protein) REPLICASE Målprotein REPLICASE = RNA-dependent RNApol (sense type)

Teknisk genombrott med virala vektorer

Upp till 80 % av bladets proteininnehåll!!! Marillonnet et al. 2005, Nature Biotechnology 23:718

Magnifection:

Magnifection teknologi & 100x100 m 2 facilitet 400 kg ren protein per år!!! (påstår författarna)

VIGS = viral induced gene silencing Första ssrna produceras genom Agrobacterium transformation, m.h.a. binär vector innehållande virus cassette. RdRP = RNAdependent RNApol RISC = RNA induced silencing complex

En binär vektor för VIGS RdRP = RNA-dependent RNApol CP = coating protein

Systems Biology

Animals Model Plants Dicots Populus Arabidopsis 150-200 Ma Angiosperms Monocots Gymnosperms Rice Seed plants Seedless plants 400 Ma? 1600 Ma Physcomitrella patens

Växtgenom - internationella initiativ Kartlagda genom: Arabidopsis thaliana Rice Populus trichocarpa Physcomitrella patens, mossa Pågående initiativ: Tobacco Arabidopsis lyrata Lotus japonicus (model för legymer) Sorghum Brachypodium, (model för gräss & sädesslag) Cotton Cassava

The Arabidopsis Genome Initiative: - Genomet 2000 - The 2010 Project: funktion av alla 25 000 gener!!! Mycket har åstadkommits på 5 år, se TAIR (The Arabidopsis Information Resource) http://www.arabidopsis.org/ - Fortsättning följer: The 2020 Project diskuteras

Genomet är bara början; slutmålet är att skapa en virtuell växt Gen Genomik mrna Transcriptomik Protein Metabolit Proteomik Metabolomik Bioinformatik Virtuell växt Kolhydrat Glycomics Fenotyp Fenomik

Skogsbioteknik - Skogen saknar både domesticering och en grön revolution p.g.a. long generationstid; det tar 15-30 år för våra skogsträd att blomma!!! - Blomningsmekanismer avslöjade av svenska forskare 2005. En av årets viktigaste upptäcker enligt Science början av en trädförädlings revolution? - Bioteknologi behövs för snabbare och mera precis förädling

Large-scale biology på träd Poppel genomet färdig 2006 Populus trichocarpa, jättepopel Sverige världsledande på skogbioteknologi: - Berzelii Center för Skogsbioteknik vid UPSC 2006 - skogsbioteknik - BioMime vid KTH & UPSC 2005 - nya träfibrer - FUNCFIBER vid UPSC & KTH 2005 - vedbiologi

Gen-vaskning under cellulosabiosyntes: (=gene mining) A B C D E Tissue section A = Cambium B = Early expansion C = Late expansion D = Early 2 wall E = Late 2 wall On-going process Cell division, 1 wall formation 1 wall formation 1 and 2 wall formation Cellulose synthesis Lignification, programmed cell death Expected up-regulated genes Cell-cycle genes Inhibitors of cell division, genes involved in expansion Genes involved in expansion and regulation of the transition 1 / 2 wall Genes involved in cellulose synthesis Genes involved in lignin synthesis and ray metabolism

Globalt genuttryck under xylemutveckling Microarray analysis D Genes upregulated during secondary cell wall formation Bioinformatics 20 15 10 5 0-5 -10 Genes upregulated in D D up-regulated genes PH A B C D E CAZymes and other interesting targets Functional characterization

Skogsbioteknik: farhågor & kontrovers - Plantageskog vs urskog: skogens värde för fritid & rekreation - Genflödet för träd upp till 1000 km

xx Industriella tillämpningar

Biobränsle: Sockerrör socker bioetanol Stärkelse socker bioetanol Cellulosa socker bioetanol Cellulosanedbrytning: med svagsyrahydrolys plus cellulaser (från svampar). Mest energikrävande alternativ, dock är cellulosa den mest förekommande biopolymer i jorden, så potentialen är stor. Stora forskningsinsatser just nu för att effektivisera försockring av cellulosa.

Internationella satsningar på biobränsle 2007 US Dept of Energy (DOE) och BP (British petroleum satsar $800 miljoner på två stora forskningscentra Målet: att effektivisera produktion av bioetanol från cellulosa - Cellulosanedbrytande enzymer - Nya snabbväxande arter - Transgena växter modifierade för lättare nedbrytning av cellulosa - Fermentationsprocessen

BP-satsningen BP (British Petroleum) satsar 500 miljoner dollar för att skapa nytt forsknings-centrum i Berkeley, CA, kallad EBI, Energy Biosciences EBI, utvecklar metoder för kostnadeffektiv och 'kol-neutral' global energi produktion Tvärvetenskaplig forskning: biologi - genomik - ingenjörsvetenskap - materialvetenskap - kemi - fysik

Forskning på EBI o Solenergi Växtfibrer Sockerarter Biobränsle GM växter Enzym teknologi, kemi, fysik Modellväxter: snabbväxande gräs, typ elefantgräs och hirs (Panicum, Miscanthus) & jättepoppel

Biobränsle i Sverige: Antalet miljöbilar ökar snabbt 80 % av allt bioetanol i Sverige har importerats från Brasilien. Nytt för 2006: tullar skyddar svensk biobränsle industri SEKAB & etanolpiloten i Örnsköldsvik: etanol av cellulosa Agroetanol i Norrköping: etanol av spannmål

Andra internationella satsningar Biobutanol av Dupont & BP: i marknaden 2008

PMPs: Plant made pharmaceuticals - Vacciner - Antikroppar - Enzymer - Bioaktiva proteiner tillväxtfaktorer cytokiner antimikrobiella proteiner från modersmjölk

Ventria Bioscience: humana modersmjölksproteiner, lactoferrin & lysozym, från transgen ris Studie i Peru visar att Ventrias proteiner är effektiva mot akut barndiarré.

Två miljoner barn dör i akut barndiarré varje år i världen

Agroindustriella tillämpningar: herbicidresistens

No tillage technology requires herbicide application & herbicide resistant crops reduces soil erosion, nutrient leakage and fossil fuel consumption reduces water evaporation from the soil sequesters carbon in the soil lower emission of greenhouse gases increases net profits by significantly reducing machinery and labor costs and fossil fuel consumption

Plogningsfri odling i Youtube: odling av GM-solrosor i Argentina

No-tillage corn in US

Roundup technology The company: Monsanto The herbicide: glyphosate (Roundup) The plant target protein: EPSPS, an enzyme acting in the shikimate pathway that yields aromatic amino acids and secondary plant products. Resistance: by introducing EPSPS from resistant microbial sources

Ökad motstånd mot torka och vattenstress

ERA1 technology era1 mutant: enhanced response to abscisic acid (Pei et al. 1998, Science 282:287) The mutant has increased response to ABA This causes the stomata to close earlier and more tightly ERA1 is a farnesyltransferase, but its protein targets are unknown

YPT, yield protection technology based on ERA1 Drough-responsive promoter plus ERA1 antisense = YPT technology, licenced to Performance Plants from Canada transgenic YPT rapeseed resistant to drought

YPT canola yields better under diverse field conditions 2002 2003 2003 2004