Aplicacoes Da Transformacao Genetica

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5/13/2018 AplicacoesDaTransformacaoGenetica-slidepdf.com http://slidepdf.com/reader/full/aplicacoes-da-transformacao-genetica 1/56 Aplicações da transformação genética Módulo de Transformação Genética e Melhoramento Março 2009, Departamento de Botânica, Universidade de Coimbra
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Aplicaes da transformao genticaMdulo de Transformao Gentica e Melhoramento Maro 2009, Departamento de Botnica, Universidade de Coimbra

Objectivos da aulaTolerncia a herbicidas: Herbicidas; Tolerncia ao glifosato; Tolerncia fosfonitricina Impacto ambiental Bacillus thuringiensis;; A doena da broca do milho; O problema da resistncia dos insectos ao Bt; Estratgias de combate resistncia dos insectos Impacto ambiental Alternativas ao Bt em desenvolvimento

Resistncia a insectos:

Resistncia a vrus

Tolerncia ao stress:

Stress hdrico; Stress salino; Stress provocado pelo frio; Stress provocado pelo calor; Stress oxidativo Retardamento do amadurecimento; Plantas ans; O arroz dourado; A biofortificao

Melhoramento da produtividade e qualidade das plantas cultivadas Melhoramento do contedo alimentar2

Joo Loureiro

3/26/2009

Tolerncia a herbicidas - introduo

Principal caracterstica existente nas plantas GMs Existem vrias razes que justificam o facto do desenvolvimento de cultivos tolerantes a herbicidas ter sido to rpido e pioneiro:

Existncia de informao sobre o modo de aco de determinados herbicidas e de como que estes afectam as vias bioqumicas. Disponibilidade de recursos biolgicos para a obteno e compreenso do mecanismo de resistncia e para o fornecimento dos genes para manipulao gentica. Mecanismos baseados num s gene para a obteno de tolerncia Relativamente simples de desenvolver.

A avaliao dos riscos e benefcios de crescer um cultivo tolerante a herbicidas tem de ter em conta as propriedades do herbicida.3 Joo Loureiro 3/26/2009

A problemtica das ervas daninhas

As ervas daninhas tm um efeito nefasto significativo na produo e qualidade dos cultivos:

Competio por luz e nutrientes; Vector de pestes e doenas.

A agricultura moderna desenvolveu uma srie de herbicidas que combatem os efeitos nefastos das ervas daninhas. Todavia, s podem ser usados herbicidas quando as plantas cultivadas no so vulnerveis sua aco. O desenvolvimento de cultivos resistentes a antibiticos proporciona a possibilidade de atacar as ervas daninhas na altura certa sem danificar as plantas cultivadas.4 Joo Loureiro 3/26/2009

Herbicidas

Os herbicidas afectam processos biolgicos especficos das plantas. A actividade herbicida de muitos compostos resulta da inibio de uma nica enzima/protena. Os herbicidas diferem consideravelmente em estrutura, propriedades e modo de aco. Podem agrupar-se em cerca de 15 classes de acordo com o modo de aco.

Herbicidas mais comuns:

Glifosato (Roundup) Fosfinotricina (Basta) Clorosulfuro (Glean) Imazatapir Atrazina

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Joo Loureiro

3/26/2009

Tolerncia a herbicidas

Existem quatro estratgias de engenharia gentica de tolerncia a herbicidas:

Expresso em excesso da protena alvo do herbicida por integrao de mltiplas cpias do gene ou pelo uso de promotor forte que guie a expresso do gene (caso de estudo 1 tolerncia ao glifosato) Mutao da protena alvo incorporao do gene de uma protena modificada (resistente inibio induzida pelo herbicida) (caso de estudo 1 tolerncia ao glifosato). Desintoxicao do herbicida usando um nico gene de uma fonte externa converso do herbicida numa forma menos txica e/ou sua remoo do sistema (caso de estudo 2 tolerncia ao PPT). Desintoxicao melhorada da planta aumento das defesas naturais da planta contra compostos qumicos.Joo Loureiro 3/26/2009

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Tolerncia a herbicidas caso de estudo 1

Tolerncia ao glifosato

Herbicida de espectro largo eficaz contra 76 das 78 ervas daninhas mais perigosas (particularmente gramneas). Comercializado como Roundup pela Monsanto O glifosato relativamente seguro, no persiste durante muito tempo no solo e relativamente barato. O alvo a enzima 5-enolpiruvilchiquimato-3fosfato sintase (EPSPS). O EPSPS uma enzima essencial na sntese dos aminocidos aromticos: fenilalanina, tirosina e triptofano. Como consequncia a sntese proteica bloqueada devido falta destes aminocidos. Outras vias de biossntese (e.g. via do chiquimato) tambm so afectadas.Joo Loureiro 3/26/2009

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Tolerncia ao glifosato

O alvo a enzima 5enolpiruvilchiquimato-3fosfato sintase (EPSPS). O glifosato semelhante ao fosfoenolpiruvato (PEP), que um dos substractos do EPSPS, competindo com ele. Como o glifosato tem uma ligao mais forte ao complexo EPSPS-chiquimato 3-fosfato que o PEP, a enzima EPSPS inactivada de forma eficaz e a formao de 5enolpiruvato-3-fosfato (EPSP) bloqueada.Joo Loureiro 3/26/2009

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Estratgias de produo de cultivos tolerantes ao glifosato

Expresso em excesso do gene EPSPS

Primeiro descoberto em cultura de tecidos de petnia que eram tolerantes ao glifosato:

Existncia de mltiplas cpias (at 20) do gene EPSPS (amplificao gnica) E no por um aumento da expresso em si.

Testado atravs da construo de um vector com o seguinte mapa:

Fuso do cDNA com o promotor 35S de CaMV e a sequncia terminadora nos

Transformao mediada pelo Agrobacterium de petnia. Resultado: aumento de 40x da actividade da EPSPS nas plantas transgnicas tolerncia ao glifosato sendo necessrias doses 2x a 4x superiores para matar as plantas transgnicas comparativamente com as plantas wild-type.Joo Loureiro 3/26/2009

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Estratgias de produo de cultivos tolerantes ao glifosato

Genes EPSPS mutantes

Descoberta de um gene de A. tumefaciens (estirpe CP4) que codifica uma enzima EPSPS mutante resistente ao glifosato. Construo de um vector com o seguinte mapa:

Gene de interesse (resistente ao glifosato) Promotor CaMV 35S Terminador nos Pptido de trnsito cloroplastidial (guiar a enzima para o cloroplasto onde ser realiza a via do chiquimato)

Roundup Ready em soja, algodo e colza. Roundup Ready em milho (optimizado para monocotiledneas)

Gene EPSPS resistente de milho (isolado por mutagnese e seleco em cultura de tecidos)Joo Loureiro 3/26/2009

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Tolerncia a herbicidas caso de estudo 2

A fosfinitricina (PPT) um herbicida derivado de um produto natural (produzido por algumas espcies de bactrias Streptomyces). Eficaz contra ervas daninhas de folha larga. Comercializado como Basta pela Hoechst (agora parte da Bayer). A aco herbicida do PPT resulta de uma inibio competitiva com a glutamina sintetase.

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Joo Loureiro

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Tolerncia ao PPT

O PPT compete com o glutamato, que um substrato da glutamina sintetase (enzima fundamental para a assimilao de amnia no aminocido glutamina), inibindo esta enzima. Esta inibio leva a uma acumulao de amnia at nveis txicos, levando morte celular. Ocorre igualmente uma disrupo da sntese de glutamina inibio da fotossntese.12 Joo Loureiro 3/26/2009

Estratgia de tolerncia ao PPT

Espcies de Streptomyces apresentam um gene de desintoxicao que as protege dos efeitos txicos do PPT. Streptomyces hygrocopicus tem um gene que codifica a enzima fosfinotricina acetiltransferase (PAT) que desintoxica o herbicida convertendo PPT em acetil-PPT. A transferncia deste gene para a planta forneceu a tolerncia ao PPT.13 Joo Loureiro 3/26/2009

Impacto ambiental do cultivo de plantas tolerantes a herbicidas

A adopo de cultivos tolerantes a herbicidas pode ter consequncias ambientais positivas e negativas. O uso de glifosato tem vindo a aumentar com o aumento de cultivos de soja resistente a este herbicida, mas este facto compensado com uma diminuio significativa nos outros herbicidas. Uma vez que o glifosato dos herbicidas menos txicos para o ambiente existe tambm um beneficio para o ambiente. Existe tambm um benefcio econmico directo para o agricultor, uma vez que os custos de produo de cultivos Roundup Ready so 25$/ha mais baratos (menos dinheiro gasto com outros herbicidas) do que os cultivos no GM.14 Joo Loureiro 3/26/2009

Impacto ambiental do cultivo de plantas tolerantes a herbicidas as super ervas daninhas

Receio da ocorrncia de super ervas daninhas que possam fugir ao controlo dos herbicidas comummente usados. As super ervas daninhas podem j surgir naturalmente aps o uso repetido de herbicidas. Mas ser que o uso de cultivos resistentes a herbicidas resultar num aumento do nmero de super ervas daninhas, da taxa de ocorrncia e do tipo de ervas daninhas resistncia:

Por uso repetido do mesmo herbicida? Pelo gene de resistncia a herbicidas ser transferido para uma populao de ervas daninhas por processos de fluxo de genes?Joo Loureiro 3/26/2009

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Impacto ambiental do cultivo de plantas tolerantes a herbicidas as super ervas-daninhas

O problema de fluxo de genes:

O milho, algodo e soja no apresentam parentes prximos evolutivamente com quem se possam cruzar (pelo menos nos EUA e Canad)... Mas cuidado com a transferncia horizontal de genes (e.g., por vrus) para outras espcies.

O trigo, colza e beterraba possuem parentes prximos, mas apenas as duas ltimas apresentam fecundao cruzada e por isso tm sido alvo de estudos de fluxo destes genes para as ervas daninhas. Os estudos realizados at agora indicam que existe fluxo de genes, mas a introgresso dos transgenes em condies de campo considerada rara... Mas os estudos at agora efectuados basearam-se numa escala pequena.

So necessrios muitos mais estudos!!!16 Joo Loureiro 3/26/2009

Resistncia a insectos - Introduo

A agricultura moderna e o crescimento das monoculturas, encorajou o aparecimento de pestes e as cultivares elite actuais so menos resistentes que os predecessores. Aumento do uso de pesticidas qumicos e surgimento cclico de insectos resistentes a determinados pesticidas. As plantas resistentes a insectos para alm da reduo bvia dos danos provocados pelos insectos, reduzem a dependncia dos insecticidas qumicos. O uso dos genes cry da endotoxina de Bacillus thuringiensis a abordagem mais comum.17 Joo Loureiro 3/26/2009

Bacillus thuringiensis - introduo

Bactria do solo usada como pesticida eficaz das larvas de insectos. A bactria produz uma protena denominada Cry (crystal) codificada pelos genes cry, que forma corpos de incluso de cristais bipiramidais ou cuboidais durante a esporulao. Os genes cry so transportados nos plasmdeos e pertencem a uma superfamlia de genes relacionados. Estirpes diferentes de bactrias produzem verses diferentes da protena agrupados de acordo com a sua similaridade (Cry1-40 pertencentes a diversas sub-famlias, A, B, C, etc.).18 Joo Loureiro 3/26/2009

Bacillus thuringiensis as protenas Cry

As protenas Cry so endotoxinas que aps ingesto pela larva do insecto, os seus cristais so solubilizados no intestino do insecto. De seguida ocorre clivagem da protena que liberta o fragmento activo, que por sua vez interage com os receptores proteicos das membranas das clulas. Como consequncia a membrana torna-se permevel a caties (pela abertura dos poros selectivos dos caties), o que leva a que a clula inche e rebente.19 Joo Loureiro 3/26/2009

O sistema Bt como alvo ideal em biotecnologia

A interaco muito especfica e formas diferentes da protena Cry afectam diferentes tipos de insectos. As endotoxinas so muito txicas podem ser letais mesmo a concentraes muito baixas. A toxicidade de todas as protenas Cry a mamferos, pssaros e peixes muito baixa.

Pesticidas baseados em B. thuringiensis (pesticidas Bt) so usados h j muito tempo (h mais de 50 anos) e apresentam bons nveis de segurana.

Os cristais isolados tm uma persistncia curta na folhagem. um pesticida no sistmico. So baseados numa nica protena codificada por um nico gene.Joo Loureiro 3/26/2009

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Plantas modificadas geneticamente com Bt

A integrao dos genes cry nas plantas conceptualmente simples. Todavia as primeiras tentativas de expressar as protenas Cry1A e Cry3A em plantas usando o promotor CaMV 35S ou Agrobacterium T-DNA resultaram em nveis de expresso muito reduzidos. A sequncia gentica procaritica teve que ser modificada para se obterem nveis de expresso elevados. Os primeiros cultivos Bt foram aprovados nos E.U.A. a meados dos anos 90. A quantidade de variedades Bt (possuindo diversos tipos de genes cry dirigidos para pestes especficas) j extensa.21 Joo Loureiro 3/26/2009

Caso de estudo 1 A doena da broca do milho

A broca do milho (Ostrinia nubilalis) uma das principais pestes do milho. Como tal o desenvolvimento de plantas resistentes s larvas deste insecto foi um dos principais objectivos da biotecnologia industrial. O gene modificado cry1Ab foi usado nalguns casos (Ciba-Geigy, agora Syngenta; mas tambm Monsanto, Bayer, etc.) sendo tambm eficaz contra algumas larvas de insectos que atacam o algodo. Outros genes cry foram tambm testados, se bem que, alguns, como o cry9C apresentaram problemas.22 Joo Loureiro 3/26/2009

A problemtica do milho StarLink

A EPA nos E.U.A. colocou reservas adequao da protena Cry9C para consumo humano (adicionada ao milho e comercializado como milho Bt StarLink):

Protena mais estvel quando acdica e por isso mais dificilmente digerida no estmago, Poucos dados sobre a sua alergenicidade.

Assim, o milho StarLink foi s aprovado para consumo animal (aprovao condicional), enquanto decorriam mais testes. Em 2000 foram encontrados vestgios de milho StarLink em tacos. Como o milho uma planta de fecundao cruzada, ocorreu polinizao cruzada com variedades de milho destinadas ao consumo humano. Concluso: A variedade StarLink foi abandonada.23 Joo Loureiro 3/26/2009

O problema da resistncia dos insectos Bt

A especificidade da ligao protena Bt receptor fornece um mecanismo mais fcil de desenvolvimento da resistncia do insecto Bt:

So necessrias poucas mutaes para que o gene que codifica para a protena receptora reduza largamente a fora da ligao a uma protena Cry em particular. Insectos resistentes planta Bt podem, na teoria, aparecer, dentro de poucas geraes.

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Joo Loureiro

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Estratgias de combate resistncia dos insectos

Casos de estudo em perspectiva:

Estratgia da pirmide Adio de mais do que um gene de resistncia numa planta por cruzamentos sucessivos de linhas transgnicas diferentes. Exemplo: Bollgard II da Monsanto com cry1Ac e cry2Ab Genes hbridos criados por fuso dos domnios de dois genes que resultam em protenas quimricas (resistncia a vrias pestes). Uso de outros genes bacterianos (para alm do famlia de genes Bt) de combate aos insectos.

Mas a prtica em corrente o controlo integrado das pestes que considera as interaces peste-planta numa contexto mais lato (predadores naturais, plantas adjacentes, rotao das colheitas e produtos qumicos).25 Joo Loureiro 3/26/2009

A abordagem dose elevada/refgio

Aplicado nas culturas de algodo Bollgard (Monsanto) nos E.U.A., por exemplo. As plantas transgnicas que expresso doses elevadas da protena Bt so colocadas lado a lado com um pequeno refgio de plantas no transgnicas, ou qualquer outra planta da qual o insecto se possa alimentar. S os insectos resistentes homozigticos so capazes de tolerar a alimentao das plantas transgnicas. Os homozigticos so raros nas fases iniciais do desenvolvimento de resistncia.26 Joo Loureiro 3/26/2009

A abordagem dose elevada/refgio

Os refgios asseguram a presena de uma populao maior de insectos homozigticos susceptveis (rr) nas proximidades da planta transgnica. A maior parte dos cruzamentos ser entre insectos com um (Rr) ou dois genes (RR) de resistncia e insectos homozigoticos susceptveis (rr), produzindo heterozigticos que no conseguem sobreviver na cultura.

Problemas deste sistema:

Monitorizao permanente Maior oportunidade de mistura entre material transgnico e no transgnico.Joo Loureiro 3/26/2009

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O impacto ambiental das culturas Bt

Em 1999 surgiu um dos casos mais mediticos acerca do impacto ambiental das culturas Bt o plen de milho Bt176 podia ser txico para as larvas da borboleta monarca. Como que esta variedade Bt foi permitida para crescimento comercial quando o plen apresentava nveis to elevados de expresso da protena Bt? O caso da borboleta monarca (apresentao oral!) Aspectos ambientais positivos:

De que forma que insectos no infestantes beneficiaram da reduo de pesticidas pela adopo das culturas Bt?Joo Loureiro 3/26/2009

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Outros aspectos positivos das culturas Bt

Reduo do uso de insecticidas

Exemplo: em 1998 o algodo Bollgard levou a uma reduo de 0.9 milhes de Kg de insecticida aplicado. Exemplo: o algodo Bollgard levou a uma reduo de custos de 20$ por ha. Exemplo: o algodo Bollgard 10% mais produtivo do que o algodo no transgnico.

Benefcios econmicos

Melhoria da produtividade

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Joo Loureiro

3/26/2009

Alternativas ao Bt que esto em desenvolvimento

Inibidores de enzimas de digesto que j ocorrem naturalmente em muitas espcies vegetais:

Tripsina Outras proteases -amilase

Lectinas protenas que ocorrem naturalmente em muitos tipos de feijo e que so txicas para os animais.

Apenas aquelas que no so txicas para animais mas que retenham as propriedades insecticidas tm potencial para a biotecnologia.

Quitinases enzimas que degradam a quitina (presente no exoesqueleto dos insectos.30 Joo Loureiro 3/26/2009

Alternativas ao Bt que esto em desenvolvimento

O problema da segurana alimentar:

O efeito txico ou alergnico destas alternativas ao Bt nos humanos pode restringir largamente a sua aplicao. Muitas j foram desenvolvidas, mas no passaram da fase de laboratrio. Em 1998, Dr. Arpad Pusztai referiu que batatas GM provocavam alteraes intestinais em ratos por aco da lectina GNA (Galanthus nivalis agglutinin) (Apresentao oral!) .Joo Loureiro 3/26/2009

O caso Pusztai:

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Resistncia a vrus

Proteco cruzada:

Desde os anos 20, que se sabe que algumas plantas infectadas por vrus estavam aparentemente protegidas contra a infeco por vrus relacionados. A infeco com uma estirpe moderada induz a resistncia a infeces subsequentes com estirpes mais virulentas. A modificao da planta com um gene que codifica uma protena do envelope do vrus imita este fenmeno. Comercializao com sucesso de plantas GM resistentes ao seguintes vrus:

Closterovirus citrus tristeza (Citrinos) Papaya Ringspot virus PRSV (Papaia) mais popular Zucchini yellow mosaic virus ZYMV (Abobrinha) Cucumovirus (Pepino)Joo Loureiro 3/26/2009

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Resistncia a vrus

Efeitos no RNA:

Uso de tcnicas de anti-sense ou cosupresso que bloqueiem a actividade dos genes virais (por silenciamento gnico) quando o vrus infectar a planta. Variedade de batata GM (NewLeaf , Monsanto) que apresenta um gene para uma replicase originada do vrus PLRV (potato leafroll virus) em combinao com resistncia Bt descontinuada por falta de aceitao do mercado.

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Tolerncia ao stress

Existem diversos tipos de stress que afectam o crescimento e desenvolvimento das plantas

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Joo Loureiro

3/26/2009

Tolerncia ao stress

A variao de factores abiticos como a temperatura, disponibilidade hdrica e salinidade afectam largamente a produtividade das culturas de ano para ano. A maior parte dos stress abiticos ou biticos leva produo de radicais livres e ROS (reactive oxygen species), originando stress oxidativo. As mudanas climticas associadas ao aquecimento global devero induzir aumentos nos nveis de stress s plantas urgente desenvolver variedades tolerantes ao stress. O sucesso destas iniciativas permitiria estender a rea de cultivo a ambientes que no so ideais para o crescimento (e.g., desertos, solos altamente salinos).35 Joo Loureiro 3/26/2009

Stress hdrico

As necessidades hdricas excedem o fornecimento. O deficit de gua pode:

Inibir a fotossntese; Aumentar a concentrao dos ies txicos; Remover a proteco hdrica que envolve as macromolculas.

As plantas podem responder falta de gua acumulando osmo-protectores (que reduzem o potencial osmtico):

Acares e acares alcolicos (e.g., manitol, sorbitol, pinitol e oligossacridos como a trealose) Compostos zwiterinicos (com cargas positivas e negativsas; e.g., prolina e glicina betana).

Diferentes tipos de plantas produzem diferentes tipos de osmo-protectores e alguns cultivos importantes no tm esta capacidade (e.g., arroz e tabaco).Joo Loureiro 3/26/2009

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Stress hdrico

Engenharia gentica:

Determinao das vias biossintticas para vrios osmo-protectores Isolamento dos genes relevantes Desenvolvimento de vectores que guiem a expresso gnica e o destino das protenas.

A integrao no genoma vegetal de osmo-protectores est a ser testada mas as taxas de sucesso tm variado largamente.

Todavia, em alguns casos tem sido conseguido um aumento da tolerncia da planta a vrios tipos de stress associados a deficits de gua. At agora foram efectuados poucos testes de tolerncia ao stress no campo.

Tambm... A tolerncia secura pode melhorar as taxas de sobrevivncia mas no garante um aumento dos nveis de produtividade para taxas normais.37 Joo Loureiro 3/26/2009

Manipulao de tolerncia a stress hdricos especficos

Abordagens alternativas stress salino

As condies salinas levam a um aumento do stress osmtico impedindo a entrada de gua nas razes e levando acumulao txica de ies Na+ e Cl-. A tolerncia salina melhorada prevenindo a acumulao citoplasmtica destes ies (imitando os mecanismos das plantas halfitas).

Transformao com genes da protenas anti-port Na+/H+ responsveis pela entrada dos ies Na+ nos vacolos aumento do nmero de portas Transformao com genes da bomba de protes AVP1 fornecimento de mais energia de forma a que as portas funcionem mais rapidamente.Joo Loureiro 3/26/2009

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Manipulao de tolerncia a stress hdricos especficos

Abordagens alternativas stress provocado pelo frio

A tolerncia ao frio pode ser induzido melhorando os processos de aclimatao (adaptao) a baixas temperaturas:

Durante este perodo a planta produz um nmero de protenas induzidas pelo frio (habitualmente hidroflicas) e que desempenham um papel fundamental na resistncia posterior codificados por uma classe de genes, os genes de resposta ao frio (COR) Problema: so necessrias bastantes tipos destas protenas para ocorrer uma proteco eficaz das clulas contra o frio necessrio transformar muitos genes COR no mesmo indivduo.Joo Loureiro 3/26/2009

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Manipulao de tolerncia a stress hdricos especficos

Abordagens alternativas stress provocado pelo calor

O stress provocado pelo calor induz um conjunto de protenas de choque de calor (HSPs) que protegem as clulas protegendo as protenas desnaturadas. HSPs individuais foram transformados em plantas com o objectivo de melhorar a tolerncia ao calor. Arabidopsis transgnicas com HSP expressos constitutivamente apresentaram uma termo-tolerncia melhorada.Joo Loureiro 3/26/2009

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Efeitos secundrios do stress abitico a produo de ROS

A grande maioria do stress ambiental resulta secundariamente em stress oxidativo. Mais directamente, o stress oxidativo resulta da poluio atravs do ozono ou por radiao ionizante. A maior parte do dano celular resulta da formao de ROS que reage com as macromolculas celulares (protenas, DNA, lpidos membranares), danificandoas.

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Joo Loureiro

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Efeitos secundrios do stress abitico a produo de ROS

As plantas contm algumas enzimas (e.g., superxido dismutase, peroxidases, catalases) que catalisam a cascata dos ROS e convertem-nos em produtos menos reactivos. Algumas plantas tambm apresentam alguns compostos com propriedades antioxidantes que reagem com os ROS, transformandoos em compostos inofensivos e regenerveis: 42

-caroteno (provitamina A) cido ascrbico (vitamina C) -tocoferol (vitamina E) GlutationaJoo Loureiro 3/26/2009

Tolerncia ao stress oxidativo

A tolerncia ao stress oxidativo pode ser fornecido por:

Aumento dos nveis de expresso das enzimas que convertem os ROS Aumento dos nveis dos compostos antioxidantes que reagem com os ROS.

Essencialmente aplicado a plantas de tabaco e Arabidopsis. Os resultados obtidos so bastante promissores, uma vez que na maior parte dos casos, verificou-se um aumento na tolerncia ao stress oxidativo.Joo Loureiro 3/26/2009

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Melhoramento da produtividade e qualidade de culturas

A produtividade de um cultivo determinado em funo de:

Radiao solar interceptada; Eficincia fotossinttica; Index de colheita.

A qualidade de um cultivo determinado em funo de:

Qualidade nutritiva; Sabor; Qualidade de processamento; Tempo de vida.

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Joo Loureiro

3/26/2009

Retardamento do amadurecimento

Os primeiros produtos GM comercializados foram os tomates FlavrSavr (1994; Calgene) que apresentavam um retardamento do amadurecimento e por isso um maior tempo de vida nas prateleiras. O amadurecimento dos frutos um processo complexo que envolve a degradao das paredes celulares, e a produo de compostos que afectam a cor, sabor e aroma dos frutos. Este processo induzido pela produo de etileno. A modificao gentica teve como objectivos interferir, ou com a produo de etileno, ou com os processos de resposta ao etileno.45 Joo Loureiro 3/26/2009

Retardamento do amadurecimento em tomate

As tcnicas de silenciamento gnico, anti-sense (Calgene; Flavr Savr) e co-supresso (Zeneca), foram usadas nas primeiras variedades de tomate GM para reduzir a actividade do gene que codifica a poligalacturonase (PG), uma enzima que contribui para o relaxamento da parede celular durante o amadurecimento. A actividade da PG foi reduzida durante o amadurecimento, mas outros eventos deste processo continuaram a ocorrer (e.g., acumulao de licopeno cor vermelha).

Flavr Savr no teve sucesso comercial e a sua produo foi abandonada um ano aps a sua implementao. Zeneca tomate maioritariamente usado para processamento (elevado contedo slido) para polpas elevada taxa de sucesso durante trs anos, mas abandonada em resposta hostilidade anti-GM.

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Joo Loureiro

3/26/2009

Silenciamento de genes por anti-sense

Envolve a construo de um vector em que o gene a silenciar introduzido na orientao reversa e unido a uma sequncia promotora (geralmente um promotor forte). Quando a planta GM apresente este tipo de gene, sintetiza RNA da sequncia reversa e que complementar ao gene alvo, formando dsRNA e impedindo que o RNAm sirva de modelo na sntese proteica.

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Joo Loureiro

3/26/2009

Silenciamento de genes por co-supresso

Uma ou mais cpias de um gene ou de parte dele, mesmo na orientao correcta, podem ter um efeito similar expresso gnica por antisense quando introduzido numa planta GM.

Em petnia aps a adio do gene responsvel pela cor prpura, as flores ficaram variegadas ou brancas.

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Joo Loureiro

3/26/2009

Silenciamento gnico por RNA hairpin (hpRNA)

RNA de interferncia por produo de RNA hairpin (hpRNA)

Envolve a induo da sntese de dsRNA derivado do gene alvo O vector tm a sequncia do transgene e uma cpia da mesma, mas invertida, separados por um espaador. A expresso guiada por promotor forte.

As duas regies complementares vo unir-se formando o um hairpin de RNA de cadeia dupla. O hpRNA extremamente eficaz na destruio de qualquer mRNA homlogo.Joo Loureiro 3/26/2009

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Retardamento do amadurecimento

O mtodo actual tecnologia antisense do etileno

Reduo da actividade dos genes que sintetizam as enzimas necessrias sntese de etileno:

cido aminociclopropano-1-carboxlico (ACC) sintetase ACC oxidase Papaia Manga Anans

Aplicado em muitas plantas de frutos comestveis:

Mas ainda no existem variedades comerciais disponveis. O sucesso da manipulao do etileno revelou o potencial desta tecnologia para a manipulao de outros reguladores de crescimento.Joo Loureiro 3/26/2009

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As plantas ans A revoluo verde (parte II)

Descoberta inesperada de que a elevada expresso de pioteno sintase (enzima envolvida na via de produo do licopeno) leva a uma reduo da sntese de giberelinas, que consequentemente resulta em fentipos anes. Dwarfing uma caracterstica agronmica importante:

Estas plantas necessitam de menos recursos dirigidos para o crescimento do caule, permitindo que mais matria seca seja dirigida para o gro. Estes tipos de cultivo so menos danificados pelo vento e chuva.

A caracterstica an foi a principal marca das variedades altamente produtivas de milho e trigo que originaram a 1 Revoluo Verde.53 Joo Loureiro 3/26/2009

As plantas ans A revoluo verde (parte II)

A Revoluo Verde II pode surgir dentro de pouco tempo. Foi descoberto um gene insensvel giberelina em Arabidopsis (gai) que codifica uma protena que actua como regulador da aco da giberelina. Uma mutao neste gene leva a que a protena seja insensvel sinalizao de giberelina, levando sua actuao como um repressor do crescimento. Plantas GM de arroz e trigo com o gene gai mutante apresentam um fentipo ano. Mais detalhes na Apresentao Oral!54 Joo Loureiro 3/26/2009

O arroz dourado

O arroz o alimento mais importante do mundo (consumido por cerca de 3.8 bilies de pessoas). Em regies do mundo em que o arroz um dos principais alimentos da dieta alimentar (e.g. sia) existe um grave problema nutricional de vitamina A cegueira, mas tambm diarreia, doenas respiratrias, etc. Produo de provitamina A no endosperma de gros de arroz por manipulao da sntese de -caroteno (cor laranja caracterstica) Arroz dourado O arroz dourado foi alvo de uma forte campanha de oposio. Mais detalhes na Apresentao Oral!55 Joo Loureiro 3/26/2009

A biofortificao

Alimentos melhorado ao nvel de outras vitaminas ou micronutrientes de forma a colmatar carncias nutritivas

Variedades de arroz com nveis elevados de ferro e zinco (suprimir deficincias nutritivas). Forte antioxidante (importante nas grvidas e para prevenir doenas do corao).

Aumento dos nveis de vitamina E

Folhas de tabaco com nveis mais elevados de vitamina C

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Produo de fumo menos irritante e com benefcios ao nvel dos compostos antioxidantes. Dentes menos amarelados!!!!Joo Loureiro 3/26/2009

Melhoramento do contedo alimentar (e no s!)

Contedo em carboidratos e lpidosComposto Carboidratos Amido sem amilose Amido com contedo elevado em amilose Ciclodextrinas Fructans Trealose Lpidos cidos gordos de cadeia mdia cidos gordos saturados cidos gordo mono no saturados Polihidroxibutirato Umbellularia californica Brassica rapa Rat Alcaligenes eutrophus Alimentar, Industrial e Detergentes Alimentar (cido oleco) Alimentar Plsticos biodegradveis Batata Batata Klebsiella penumoniae Bacillus subtillis Alcachofra Escherichia coli Alimentar e industrial Alimentar (gomas) e industrial Alimentar e farmacutica (e.g., esterides) Industrial Alimentar (acar de baixas calorias) Alimentar (acar) Batata Batata Batata Tabaco, Batata e Milho Beterraba Tabaco Colza Colza Tabaco Arabidopsis, soja, colza e algodo Origem dos genes Aplicao Planta transgnica

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Joo Loureiro

3/26/2009

Produo de contedos elevados de protenas

O uso de plantas para produzir enzimas em larga escala e protenas de elevado valor:

Enzimas com fins industriais ou para o uso na agricultura:

Peroxidade lenhina indstria do papel Avidina kits de diagnstico -glucuronidase (GUS) kits de diagnstico Tripsina produo de frmacos (e.g., insulina) Anticorpos; Vacinas; Antibiticos proteicos.Joo Loureiro 3/26/2009

Protenas relacionadas com a medicina:

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