Plant molecular biotechnology_Application of transgenic
- 1. Plant molecular biotechnology Applications of transgenics Estudiante. Marileydi Zuta Puscan
- 2. Plant biotechnology generation after generation Firts generation Insect-pest and herbicide resistance Improve productivity, Farmer livelihoods, Food security Fuertes problemas de plagas como S. fugiperda. Monsanto Cry Bt 1980 Cry1Ac Bt cotton Desplazo más del 80% de algodón convencional Second generation Better taste, more nutritional contents, and longer life • Tomates Flavr Savr (1994) Sin poligalacturonasa Vida útil más larga • Soya Roundup Ready de Monsanto • Plátano StayRipe de Syngenta Third generation Desarrollo de plantas transgénicas para la disponibilidad costeable y abundante de productos industriales.
- 3. Role of plant tissue culture in plant biotechnology https://www.uma.es/media/ti nyimages/file/FOGM.pdf El ADN foráneo debe transferirse eficientemente a las células vegetales. Los protocolos de regeneración in vitro deben ser competentes, consistentes y reproducibles. Las células transformadas deben ser capaces de regenerarse en una planta fértil completa. Desdiferenciación Medio de cultivo + auxinas y citoquininas + sacarosa Rediferenciación • Inducción de la diferenciación • Desarrollo de órganos • Regeneración de plantas completas Medio de cultivo + auxinas y citoquininas + sacarosa, etc. Nota: • El cultivo in vitro induce variación genética través de protoplastos, anteras, microsporas, óvulos y embriones. • El cultivo celular y meristemático se usa para erradicar patógenos. • Cuando el transgénico es exitoso se emplea la micropropagación.
- 4. Manipulation of genes and regulatory sequences Genes marcadores • Kanamicina • Espectinomicina • Estreptomicina • Higromicina Terminador Señala el fin de la transcripción del gen, asegurando que el ARNm sea adecuadamente procesado y terminado. Promotores Dirigen la maquinaria de transcripción para que inicie la síntesis de ARN a partir del ADN. 5'-UTR Regula la traducción del ARNm Cry5Aa Gen de interés https://doi.org/10.1038/s41598-021-82495-8
- 5. Plant transformation techniques Direct or Vector –less Gene Transfer Indirect or Vector – Mediated Gene Transfer Physical Chemical 1. Particle gun 2. Electroporation 3. Microinjection 1. Liposome 2. PEG 1. A. tumefaciens 2. A. rhizogenes Su, W., Xu, M., Radani, Y., & Yang, L. (2023). Technological development and application of plant genetic transformation. International Journal of Molecular Sciences, 24(13), 10646.
- 6. Particle gun Esta técnica se a aplicado en estudios centrados en la expresión genética transitoria, la transformación estable que produce plantas transgénicas, la transformación de orgánulos (plastidios), el silenciamiento de genes, la administración de proteínas y la administración de minicromosoma Ozyigit, I.I., Yucebilgili Kurtoglu, K. (2020). Particle bombardment technology and its applications in plants. Mol Biol Rep 47, 9831–9847.
- 7. Electroporation https://www.btxonline.com/technical-resources/faq.html Proteínas periféricas Glicolípidos Carbohidratos Moléculas de fosfolípidos Canal de proteínas Proteína integral Disposición de los lípidos de la membrana plasmática en un poro hidrófilo (1) y un poro hidrófobo (2) durante el pulso y la transferencia de ADN, ARN, enzima, anticuerpo y algunas sustancias químicas (p. ej., hormonas) al interior de la célula Esta técnica se ha utilizado eficazmente en: • Bacterias • En tejidos humanos, la electroquimioterapia tiene la capacidad de desarrollar la eficacia de fármacos que han impedido el transporte a través de la membrana plasmática para tratar tumores. • En vegetales, como arroz, cerezo, pepino, maíz, caña de azúcar, trigo, cebada, vid, etc. Ozyigit, I.I. (2020).Gene transfer to plants by electroporation: methods and applications. Mol Biol Rep 47, 3195–3210
- 8. Microinjection (a) microinyección pronuclear ordinaria (no vibratoria) (b) (b) microinyección pronuclear vibratoria. 10.3390/act12120448
- 9. Applications of biotechnology Plant transformation for biotic and abiotic stress tolerance Plant transformation for nutrient fortification Plant transformation for metabolic engineering Plant transformation for cost-effective therapeutics and vaccines • Insect resistance • Disease resistance • Herbicide resistance • Abiotic stress tolerance • Therapeutic proteins expressed in transgenic plants • Vaccines/antigens expressed in transgenic plants • Comparison of plant-based versus conventional non-plant- based expression systems
- 10. Plant transformation for biotic and abiotic stress tolerance a. Insect resistance • Las plantas tienen mecanismos de defensa incorporados en forma de antimetabolitos no proteicos (alcaloides), y antimetabolitos proteicos (inhibidores de α-amilasa e inhibidores de proteinasas). • Los genes cry derivados de Bt. • Vip de Bt, oxidasa de colesterol de Streptomyces, inhibidores de proteasas de plantas, animales y microbios, entre otros. • Para mitigar la resistencia, se han sugerido la siembra de cultivos refugio no transgénicos y la tecnología transplastómica.
- 11. Plant transformation for biotic and abiotic stress tolerance b. Disease resistance • Quitinasas • Glucanasas • Quitosanasas 1. Tabaco: Se expresaron dos genes bacterianos, isocorismato sintasa (ICS) e isocorismato pirovato liasa (IPL), para aumentar la acumulación de ácido salicílico y su glucósido, conferiendo resistencia a infecciones virales y fúngicas (Verberne et al., 2000). 2. Tabaco: La expresión del péptido antimicrobiano MSI- 99, un análogo del péptido magainina 2, mejoró la resistencia contra el hongo del tizón del arroz y Pseudomonas syringae (Shimada y Sugiura, 1991). 3. Berenjena: El gen StoVe1 derivado de Solanum torvum resultó en una resistencia mejorada a la infección por Verticillium dahliae (Liu et al., 2012).
- 12. Plant transformation for biotic and abiotic stress tolerance c. Herbicide resistance Herbicidas no selectivos Herbicidas selectivos glufosinato y glifosato • bar (Glufosinato) • aroA (Glifosato), • BXN (Bromoxinil) • DHPS (Sulfonamidas) • ALS (Sulfonylurea) ¿Cuáles son los posibles riesgos de expresar genes de resistencia a herbicidas en el núcleo de plantas de cultivo que se reproducen mediante polinización cruzada Fuga de transgenes Ingeniería genética de cloroplasto • La transformación de cloroplastos es beneficiosa porque la herencia del material genético modificado en los cloroplastos suele ser maternal, lo que significa que no se transmite a través del polen. • En 2003, el 73% de los cultivos genéticamente modificados eran resistentes a herbicidas, mientras que el 18% estaba compuesto por cultivos resistentes a insectos y el 8% a ambos.
- 13. Plant transformation for biotic and abiotic stress tolerance d. Abiotic stress tolerance Se estima que causan hasta un 60% de reducción en el rendimiento de los cultivos a nivel mundial (Acquaah, 2007). Tecnología transplastómica Modificación del ADN de los cloroplastos para mejorar la resistencia de las plantas a estrés abiótico. • Tolerancia a la Sequía: Utilización de genes como P5CS para mejorar la síntesis de prolina, un osmoprotector efectivo bajo condiciones de sequía. • Tolerancia al Frío y Salinidad: Uso de genes como HVA1 de cebada en cultivos como trigo y arroz para mejorar la estabilidad de las membranas celulares y aumentar la tolerancia. • Transformación con genes BADH y CMO para mejorar la acumulación de glicina betaína, aumentando la resistencia a la sal. • Expresión del gene TPS1 de levadura en el plastoma de tabaco, aumentando significativamente la acumulación de trehalosa y permitiendo la supervivencia bajo deshidratación extrema.
- 14. Plant transformation for biotic and abiotic stress tolerance
- 15. Plant transformation for nutrient fortification Más del 50% de la población mundial enfrenta problemas de desnutrición (Christou y Twyman, 2004). OsHRZ1 y OsHRZ2 + hierro (Kobayashi et al., 2013) crtY + Licopeno + β-caroteno (Apel y Bock, 2009) ciclasa de tocoferol + Tocoferol + vitamina E E (Lu et al., 2013)
- 16. Plant transformation for metabolic engineering Gomez-Galera et al. (2007) Vías metabólicas primarias • Carbohidratos • Aminoácidos • Lípidos Vías metabólicas secundarias • Alcaloides • Flavonoides • Terpenoides • Incremento del contenido de aceite en hojas mediante la expresión de factores de transcripción (Santos Mendoza et al., 2005). • Mejora de la síntesis de ácidos grasos mediante la coexpresión de genes específicos en tabaco (Reynolds et al., 2015). • Manipulación genética para el desarrollo de un color azul en flores mediante la sobreexpresión de genes específicos (Katsumoto et al., 2007). • Quinonas • ligninas Otros: Adaptación de vías alternativas de fijación de carbono (Caemmerer et al., 2012). Desarrollo de plantas con lignina autodestructiva para facilitar la producción de bioetanol (Zhang et al., 2012).
- 17. Plant transformation for cost-effective therapeutics and vaccines a. Therapeutic proteins expressed in transgenic plants Las plantas son biofábricas para la producción de proteínas terapéuticas y metabolitos secundarios (Hassan et al., 2011) Proteínas terapéuticas Cáncer, hepatitis, hemofilia, anemia, esclerosis múltiple, etc. Células mamíferas, bacterias, levaduras y plantas transgénicas. • Tabaco • Cereales • Legumbres • Frutas y verduras - < Contaminación - < costoso - Fácil de mantener
- 19. Conclusion • La biotecnología vegetal tiene como objetivo final mejorar la calidad y cantidad de los alimentos disponibles. • Se han logrado avances significativos en el desarrollo de plantas que son tolerantes a estrés biótico y abiótico. • Las plantas han sido modificadas genéticamente no solo para aumentar los nutrientes esenciales sino también para expresar proteínas terapéuticas antibióticos y vacunas, la biotecnología vegetal busca proteger y mejorar la salud humana.
- 20. Gracias