Appunti/riassunto genetica agraria

OGM, Diffusione delle tecniche e risultati

Nel mondo si coltivano circa 170 M/hadi OGM. In Italia non è permesso. La superficie delle colture transgeniche sono in costante crescita. I prodotti transegenici autorizzati all'immissione in EU è il mais MON810 resistente agli insetti e la patata Amflora (ritirata nel 2013).

Prima della manipolazione genetica, quali strategie sono state utilizzate per adattare le piante all'esigenze di un'agricoltura intensiva?

• Selezione e ibridazione (incroci), si selezionavano i semi di piante che avevano i caratteri desiderati.
• Ottenimento di nuove specie. Il triticale (sterile) è un ibrido tra frumento tenero o duro e la segale, in cui viene associata la resistenza al freddo della segale e l'attitudine alla panificazione del frumento.
• Mutagenesi. Piante ottenute con agenti mutanti (radiazioni, sostanze chimiche). Tali varietà sono considerate naturali a differenza di quelle ottenute con OGM.

l'ingegneria genetica.

Ingegneria genetica: Modificazione dell'informazione genetica di un organismo, mediante tecniche di biologia molecolare.

La pianta GM è ottenuta con diversi tipi di intervento:

1. Introduzione di uno o più geni di una specie nonsessualmente compatibile o di un altro organismo
2. Introduzione di geni di una specie sessualmente compatibile (che possono essere trasferiti anche mediante incroci, ma con tempi molto più lunghi)
3. PIANTA CISGENICA
4. Incremento dell'espressione di geni presenti nella pianta
5. Disattivazione (blocco dell'espressione) di geni presenti nella pianta

La regolamentazione focalizza l'attenzione sul processo (tecnica utilizzata) e non sulla fonte dei geni introdotti o sul tipo di manipolazione genetica effettuata.

Coltura in vitro di tessuti vegetali consiste nella coltura in laboratorio di piante, tessuti e singole cellule da cui si è poi in grado di rigenerare una pianta.

Il pre-requisito per una

La manipolazione genetica è l'isolamento e caratterizzazione di geni di interesse. Nelle piante GM viene inserito, oltre al gene d'interesse, anche un gene marcatore resistente agli antibiotici. Questo gene marcatore viene utilizzato per capire se la manipolazione è andata a buon fine. Il promotore e il terminatore possono essere di varia origine per rendere più efficace la manipolazione.

Le due tecniche principalmente utilizzate per manipolare geneticamente una pianta sono:

1. Utilizzo di un batterio (agrobacterium), la più usata.
2. In seguito ad una ferita, il tessuto danneggiato produce composti fenolici.
3. I composti sono riconosciuti da cellule di Agrobatterio che attiva i geni 'vir' (A e G costitutivamente espressi).
4. Si verifica un'interazione tra elementi della parete della cellula vegetale e un polimero della membrana batterica.
5. L'attivazione di un gene vir (D) porta alla sintesi di una endonucleasi che taglia nella sequenza left border (LB) e right border (RB).

staccando la regione T (T-DNA).

Il segmento di DNA è trasferito con l'aiuto del prodotto di un altro gene vir (E) nel genoma pianta ospite dove è integrato in modo stabile.

L'espressione dei geni localizzati nel T-DNA induce la formazione di proteine coinvolte nella sintesi di acido indolacetico (auxina) e isopentenil-AMP (citochinine) ormoni che favoriscono la proliferazione cellulare.

Le cellule vegetali infettate sono indotte a sintetizzare opine utilizzate come fonte di C e N da Agrobacterium.

La sovversione del metabolismo della pianta infettata implica vantaggio selettivo per il batterio, in quanto la moltiplicazione delle cellule infettate garantisce un continuo apporto di sostanze nutritive.

Formazione del tumore: le cellule trasformate mantengono questo fenotipo anche in assenza di Agrobacterium il "trucco" sta nel sostituire al frammento di DNA che il batterio inserisce, il gene di nostro interesse utilizzando il batterio come vettore.

uniche sequenze indispensabili al trasferimento del T-DNA sono i due "borders". Si possono utilizzare contemporaneamente 2 plasmidi per inserire più di un gene, sistema binario. 2. Biolistica Microsfere di metallo rivestite con il DNA che si vuole trasferire sono sparate nel tessuto vegetale. Le microsfere penetrano nelle cellule e vi scaricano il DNA che si può integrare nel DNA delle cellule colpite. La maggior parte delle cellule colpite muoiono. Si lavora su grandi numeri perché ha una bassa percentuale di successo. Che cosa possiamo migliorare manipolando geneticamente una pianta? OGM I generazione: piante resistenti a patogeni, tolleranti ad erbicidi e a condizioni ambientali sfavorevoli OGM II generazione: piante che forniscono un prodotto. OGM III generazione: piante sfruttabili per la produzione di energia o per interesse farmaceutico. Come ottenere la resistenza agli insetti? Inserendo un gene del Bacillus thuringensis che produce la proteine Bt, checausa lisi delle cellule dell'epitelio intestinale delle larve che le ingeriscono e muoiono. Considerazioni - Oggi la maggior parte delle piante GM in coltivazione hanno acquisito la resistenza nei confronti di insetti e erbicidi. - Miglioramento delle caratteristiche agronomiche della pianta ridotto uso di insetticidi ed erbicidi - Minor esposizione a sostanze tossiche - Caratteristiche vantaggiose per gli operatori agricoli, ma non percepite dai consumatori. Miglioramento della qualità del prodotto Incremento della conservabilità del prodotto Per minimizzare le perdite legate ad un'eccessiva maturazione: - Si raccolgono frutti ancora acerbi - Si conservano al freddo - Si induce la maturazione con sostanze che producono etilene. Obiettivo: rallentare il processo di rammollimento del frutto dopo la raccolta, per poterlo raccogliere a maturazione completa è conservarlo senza necessità di refrigerarlo. La prima speciemanipolata e autorizzata in USA nel 94 è stata il pomodoro Flavr Savr, in cui i frutti potevano essere raccolti a piena maturazione, senza la necessità di conservarli al freddo. In questo caso si è bloccata l'espressione di un gene già presente nella pianta, strategia antisenso: - parte della sequenza del gene poligalatturonasi (PG) è stato clonato in orientamento "antisenso" così che venga trascritto un mRNA di polarità opposta a quello corretto. - Questo, essendo complementare al normale mRNA PG, si lega ad esso, producendo un tratto di RNA a doppio filamento (dsRNA): entrambi gli RNA messaggeri risultano molto ridotti. Modifiche del colore dei fiori Modifica dell'architettura della pianta Qualità nutrizionale dei prodotti Eliminazione dal riso e soia di proteine allergeniche. Ottenimento di "golden-rice", riso arricchito in pro-vitamina A. Quantità del prodotto Cisgenesi Il gened'interesse ed il suo promotore sono da sempre presenti nellaspecie o in una specie sessualmente compatibile. Non viene alterato il "gene pool" della specie ricevente e conferisce a questa nuove caratteristiche. La comunità scientifica ritiene che tali piante non dovrebbero essere considerate piante gm in quanto ottenibili anche mediante tecniche di miglioramento genetico classico. Il gene/geni inseriti includono anche piccole porzioni di sequenze dei T-DNA borders di origine batterica. Intragenesi Nelle piante intrageniche anche le sequenze dei T-DNA borders sono di origine vegetale (P-DNA borders). Questo tipo di manipolazione è pertanto estremamente pulito. Un ulteriore progresso nello sviluppo di piante intrageniche e cisgeniche è la produzione di piante prive di DNA estraneo derivante da geni marcatori. Le piante cisgeniche e intrageniche accellerano i tempi e non determinano Linkage drag, cioè il trasferimento di caratteri non voluti. Le piantepossono venire utilizzate come biofabbriche: - incrementando nella pianta la produzione di sostanze già comunemente estratte dalle piante. - Sintetizzando nella pianta composti completamente nuovi. Le sostanze possono essere carboidrati, lipidi, proteine o prodotti secondari. I sistemi usati per la produzione di proteine sono i batteri, i lieviti, le colture cellulari di animali e animali transgenici. Le proteine ricombinanti che si trovano nelle piante sono farmaceutiche, ad uso industriale, anticorpi (sono molecole proteiche prodotte da geni inseriti in una pianta) e vaccini edibili (piante che esprimono antigeni in grado di scatenare una risposta immunitaria quando ingeriti). Gene-editing Nuovi strumenti biotecnologici consentono l'inserzione di geni in specifiche regioni del genoma o di indurre una mutazione di geni presenti senza introduzione DNA estraneo. 19. OGM, RISCHI nell'utilizzo in agricoltura e nell'alimentazione Alimentazione L'introduzione sulmercato di prodotti ottenuti da piante transgeniche richiede che la loro sicurezza alimentare sia analizzata e documentata attraverso il principio di equivalenza sostanziale che stabilisce che gli organismi esistenti utilizzati come cibo, o come fonte di cibo rappresentano il riferimento base per valutare la sicurezza del consumo alimentare di un cibo o di un componente del cibo che è stato modificato o è nuovo. L'obiettivo è che il livello di rischio sia equiparabile a quello degli alimenti che abbiamo consumato sino ad ora. Può esserci la possibilità di: - indurre resistenza agli antibiotici in microrganismi patogeni per l'uomo; - provocare allergie o intossicazioni conseguenti al costrutto genico, cioè a ciò che viene inserito (effetto del marcatore di selezione che hanno geni di resistenza all'antibiotico) e al prodotto del gene inserito (transgene). Sono state sviluppate numerose strategie per eliminare il gene diselezione da piante gm. Venne sviluppato l' "inducible site-specific recombinase system" che implica l'eliminazione del gene marcatore ad opera di un enzima (ricombinasi) attivato a seguito di trattamenti chimici o shock termici. Il prodotto del gene inserito (transgene) può causare allergie? Perché i cibi derivati da piante gm potrebbero essere allergeni? - Proteina espressa dal transgene o dal gene marcatore di selezione è un allergene - Proteina espressa dal transgene o dal gene marcatore di selezione è un cross-allergen. La legislazione dell'UE richiede che l'allergenicità degli OGM venga valutata prima della loro immissione in commercio. Sono state stabilite delle regole per: - analizzare le proteine allo scopo di identificare eventuali similarità con allergeni noti. - Testare il potenziale delle proteine di legare.