Zelena biotehnologija

Gordana KovačevićAna Mijušković

'Biomimicry...... is a new science that studies nature's best ideas and then imitates these designs and processes to solve

human problems

After 13 years of joint research by an Australian company Florigene, and Japanese company Suntory, a blue rose was created in 2004 using genetic engineering. Years of research resulted in the ability to insert a gene for the plant pigment delphinidin cloned from the petunia and into an Old Garden Cardinal de Richelieu rose. Obtaining the exact hue was difficult because amounts of the pigment cyanidin were still present, so the rose was darker in color than true blue.[1] Recent work using RNAi technology to depress the production of cyanidin has produced a mauve colored flower, with only trace amounts of cyanidin.[2]

New military clothing uses fluorescent colours, biosensors and bioinformatics at the nano-level to mimic natural phenomena of biomimicry and chameleonic

colours

Biotechnology and the world of colours have always been intertwined. Nature's hues and tints are captured in their natural or synthetic state in a variety of market products. The flower markets of natural blood-red rosesand gene-designed blue roses recently released in Japan are apt examples

Šta je biotehnologija? Convention on Biological Diversity describes biotechnology as "any

technological application that uses biological systems, living organisms, or derivatives thereof, to make or modify products or

processes for specific use" (UNEP, 1992) Nauka i inzenjerstvo Farmeri, Pivare Rekombinantna DNA biotehnologija – Bar virtuelno

uzimanje nekog gena I ekspresija u drugom organizmu.

In 2005, the 12th European Biotechnology Congress will use 4 biotech motors: white (industrial); red (pharmaceutical), green (food and feed) and blue

(environment) in 'Bringing Genomes to Life' in Denmark.

Boja koristan vodič – za promovisanje percepcije i razumevanje biotech aplikacija u svrhe nauke, rayvoja.

“Kolor tipovi” Red - Health, Medical, Diagnostics

Yellow - Food Biotechnology, Nutrition Science Blue - Aquaculture, Coastal and Marine Biotech

Green - Agricultural, Environmental Biotechnology - Biofuels, Biofertilizers, Bioremediation, Geomicrobiology

Brown - Arid Zone and Desert Biotechnology Dark - Bioterrorism, Biowarfare, Biocrimes, Anticrop warfare

Purple - Patents, Publications, Inventions, IPRs White - Gene-based Bioindustries

Gold - Bioinformatics, Nanobiotechnology Grey - Classical Fermentation and Bioprocess Technology

Zelena biotehnologija Najstarije polje biotehnologije – biljni hibridi It began when the prospects of selectively breeding plants

with each other to result in what is known as a hybrid in this modern age.

Danas – Transgene biljke – Aplikacija bioloških tehnika na biljke u cilju poboljšanja nutritivnog kvaliteta , kvantiteta i produkcione ekonomije

Genetske modifikacije – genetsko inženjerstvo, genetske manipulacije, genska tehnologija i/ili rekombinantna DNA tehnlogija – najvažnije aplikacije biothenologije u ovoj oblasti

Kolektivan izraz “Genetically Modified Organisms” (GMO) u naučnoj literaturi označava biljke, životinje i mikroorganizme koji imaju uvedenu DNA genetskim inženjerstvom.

Pirinač, Kukuruz i Soja GMO nedostatak hrane Vs. Skeptičnost u vezi kvaliteta iste Rezistenca na neke hemikalije UV rezistentne biljke as well as breeding hybrid plants by genetic modification produkcija biogoriva – etanol, metanol marine algae growth yielded in land-based facilities, biopesticida Plant tissue culture:

Tehnika koja omogućava produkcije cele biljke iz male količine delova biljke – korena, lišća nekad o samo jedne biljne ćelije pod laboraorijskim uslovima. U Keniji banane, Irish krompir, citrus.

Plant genetic engineering:Selektivni transfer korisnih gena iy jednog organiyma u drugi u cilju pobiljšanja letine, životinja i materijala. Primeri su pamuk, kukuruz, slatki krompir, soy beans etc.

Plant molecular marker assisted breeding:A technique that uses molecular markers to select for a particular trait of interest such as yield. A molecular marker is a short sequence of DNA that is tightly linked to the desirable trait (such as disease resistance) that selection for its presence ends up selecting for the desirable trait. E.g. maize that is tolerant to drought and maize streak virus.

Bio fertilizers and bio pesticides:Biofertiliyatori i biopesticidi u cilju iybegavanja hemijskih kao i poyitivnih efekata na yetvu. Hybridization:Biljni naučnici istražuju karakteristike hibrida u biljkama. Snaga hibrida, Increasingly plant scientists exploit the characteristic feature of better yielding ‘hybrids’ in plants. Hybrid vigour, or hetrosis as it is scientifically known, exploits the fact that some offspring from the progeny of a cross between two known parents would be better than the parents themselves. Many hybrid varieties of several crop species are being grown all over the world today. An example of this is the hybrid tomatoes that we eat commonly.

It basically involves the introduction of foreign genes into economically important plant species, resulting in crop improvement and the production

of novel products in plants.

Primeri ZB : Upotreba bakterija koje pospešuju rast biljaka Razvoj pest – rezistentnih semena engineering of plants to express pesticides Ubrzana evolucija životinja rezistentnih na bolesti Upotreba bakterija u obezbeđenju bolje žetve umesto

pesticida Produkcija superiornih biljaka stimulisanjem ranog razvoja

korenskog sistema Upotreba biljaka koje uklanjaju teške metale kao što su

olovo, nikl, srebro, koje se zaim mogu ukloniti iz biljke Genetska manipulacija biljaka u cilju reyistence na niske T Upotreba gena iz zemljišnih bakterija da genetski alteriraju

biljke u cilju tolerancije na patogene gljiva Upotreba bakterija da bi biljke rasle brže, bile otporne na

mraz i sazrele ranije

Use of Plant Growth-Promoting Bacteria for Biocontrol of PlantDiseases: Principles, Mechanisms of Action, and

Future Prospects PLANT GROWTH-PROMOTING BACTERIA (PGPB)

Patogeni mikroorganizmi koji napadaju biljku veliki i hroničan problem za proizvodnju hrane i stabilnost ekosistema

Agrohemikalije Vs. negativni efekti – rezistenca patogena na aplicirane agense

Biološka kontrola

Plant growth-promoting bacteria (PGPB) asocirane sa mnogim biljkama i često prisutne u mnogim okruženjima

Slobodnoživeće i simbiotske Rhizobacteria Površina korena i bliska adhezija sa površinom

zemljišta – rizofer ili Kolonizacija unutrašnjosti korena i uspostavljanje endofitske populacije (Gray and Smith. Mogu da Prolaze endodermis barijeru

Kompeticija za ekološku nišu ili supstrat – Zaštita od fitopatogena

Produkcija inhibitornih allelohemikalija – Bakterijske Siderofore Vs. Gljivne . Veći afinitet Antibiotici Litički enzimi – Hidrolaze ćelijskog zida Detoksifikacija i degradacija virulentnih faktora (vezivanje toksina ili

blokada ekspresije Indukcija sistemske rezistence u biljci domaćinu ka

širokom spektru patogena kao i/ili abiotičkom stresu

Uprkos različitim ekološkim nišama slobodno živeće Rhizobacteria i endofitske bakterije koriste neke od

istih mehanizama za promociju rasta biljke i kontrolu fitopatogenosti

PROMOTION OF PLANT GROWTH BY SOIL BACTERIA THAT REGULATEPLANT ETHYLENE LEVELS

Ethylene and Plant Growth

Značajna porcija fiziološkog oštećenja biljaka prati spoljni stres koji uključuje fitopatogene infekcije, izlaganje ekstremnim temperaturama, solima, suši, metalima i organskim kontaminantima Etilen, je medijator u mnogim odgovorima tokom razvoja. Nekad, etilen deluje inhibitorno.

Isti mehanizam koji proizvodi etilen za normalni razvoj produje “stresni” etilen koji je asociran sa biološkim stresom i atakom patogena(Abeles et al., 1992; Hyodo, 1991; VanLoon, 1984)).

PGPB bakterije imaju enzim ACC deaminazu i kada su vezani za koren biljke mogu predstavljati mehanizam za kontrolu nivoa etilena. 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase Sekvestira i seče biljno produkovan ACC (prekursor etilena u biljkama) i tako smanjuje nivo etilena u biljkama

Olakšavanjem formiranja dužeg korenja i izdanka, mogu povećati mogućnost preživljavanje nekih mladica, osobito u prvim danima nakon što su zasadjeni.

Mehanizam (Glick etal., 1998)

Triptofan i drugi mali molekule => PGPB se vezuju za seme ili koren => sintetišu auxin indolacet kiselinu IAA => ćelijska proliferacija i elongacija i povećana

aktivnost ACC sintaze.

ACC se izbaca van sa drugim molekulima – šećerima, organkim kiselinama i aminokiselinama. Ovo preuzimau bakterije i koriste kao izvor energije. ACC se ACC deaminazom razlaže do amonijaka i ketobutirata, koje bakterije brzo metabolišu.

Tako, prisustvo bakterija indukuje povećanu sintezu ACC i njegovo izbacivanje van (IAA uzrokuje poremećaj biljnog zida) a one su na taj način obezbedjene izvorom azota u formi ACC koji im omogućava proliferaciju i opstanak pod uslovima kada druge bakterije ne bi opstale.

Smanjenje ACC – pogotovo tokom stresnih situacija, snižava nivo etilena – Ove biljke imaju obično duže

korenje i izdanke i veću biomasu.

ACC Deaminase-Containing Transgenic Plants have lower Stress Ethylene levels

ACC i/ili nivo etilena su generalno sniženi u sličnom opsegu kod transgenih biljaka koje eksprimiraju bakterijsku ACC deaminazu.

Transgene biljke koje eksprimiraju ACC deaminazu su značajno zaštićene od potencijlalno štetnih efekata.

rolD promotor – Sva transgena linija koja je pod kontrolom ovog promotora bolja – Bilje pod kontrolom ovog promotora kao da imitiraju netransgene biljke koje su tretirane sa PGPB.

Ipak, biljke tretirane sa PGPB su superiornije zbog nekih karakteristika nego transgene biljke=> Bakterije rade mnogo više osim kontorle nivoa etilena

Engineering plants with increaseddisease resistance: how are we going

to express it?

Nekontrolisane rje odbrane Vs. Neinficirana biljka – Slaba letina

PIP – brzo reagovanje na infekciju, promotor inaktivan kada nema patogena, nemaautoaktivacije transgenom

Kontrola transgene ekspresije Konstitutivna overekspresija Inducibilna (Pathogen/hemijski inducibilni

promotori) Tkivno specifična ekspresija Sintetički promotori – čvrsto kontrolisani promotori -

željenu vremensk i prostornu regulaciju transgena

Background ekspresija!

Cilj - ‘lifestyle-specific’ promoters