We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
Ağaçlar genetik olarak belirli bir yükseklikte büyümeyi durdurmak, hücreleri yalnızca belirli bir miktara bölmeye devam etmek veya besin maddelerini yalnızca yararlı olana kadar, çünkü zaten yoldaşlarını fazla büyümüş oldukları için pompalamak için mi kodladılar? Yoksa yapabilene kadar büyümeye devam mı ediyorlar?
Yükseklik sınırının yaklaşık 130 m olduğu bu makaleden ilham aldım. Çünkü ikincisi doğru olsaydı, yeterli besinle 130 m boyunda bir ağaç yetiştirmek mümkün olurdu.
Ayrıca ağaçların evrimi, daha fazla boy geni elde etmek değil, besin maddelerini daha verimli kullanmak anlamına gelir.
Charles Üniversitesi'nden Jan Kolář'dan aldığım cevap:
Ağaçların boy ve kütle gibi özellikleri genlerin ve çevrenin bir sonucudur. Çalışılan bitki ve hayvanlar için belirleyici faktör, çeşitli genlerin büyük bir miktarıdır. Tüm genlerin tüm fonksiyonlarını öğrendiğimizde, en önemlilerini belirleyebilmemiz gerekir, ancak şimdilik sadece gibberelin ve oksinin ağacın büyümesi için çok önemli olduğunu biliyoruz, bu yüzden arayacağız. bu hormonların seviyesini kontrol eden genler.
Ağaçlar söz konusu olduğunda, büyüyebilecekleri yüksekliğin büyük bir kısmı tamamen mekanik faktörlerdir. Gövde ve ana dallar kendi ağırlıkları ile kırılmayacak kadar güçlü ve kökler toprağa yeterince sağlam köklenmiş olmalıdır. Bu sınır esas olarak hücre duvarlarının büyümesini, mekanik direncini vb. kontrol eden genler tarafından belirlenir.
Ağustos böcekleri geliyor: Çimlerinizi, ağaçlarınızı ve bahçenizi Brood X için nasıl hazırlarsınız?
Ağustosböceklerini etrafta tutmanın bazı faydaları olsa da, genç ağaçlarınızı korumanız için size bazı ipuçları vereceğiz.
Brood X ağustosböcekleri bazı eyaletlerde zaten ortaya çıkıyor.
Gene Kritsky/Mount St. Joseph Üniversitesi
Vızıldayan böceklerin ortaya çıkma zamanı geldi. Ağustos böcekleri - özellikle Brood X olarak bilinen bir grup - 17 yıl sonra ilk kez Doğu ABD'nin bazı bölgelerine trilyonlarca varıyor. Bu böcekler altı haftalık yaşam süreleri boyunca yeraltından çıkar, bazen evinizin içine iner ve daha küçük, genç ağaçlarınıza zarar verme potansiyeline sahiptir. Ayrıca, bahçenizde ve bitkilerinizin altında, kuluçkanın gelişini işaret eden yükselen toprak höyüklerin görünümünü beğenmediğinize de karar verebilirsiniz.
Ağustosböcekleri bazı faydalar sağlarken, böcekler sizi ürpertiyorsa veya yeni diktiğiniz pahalı ağaçlarınız varsa, yaratıkları nasıl uzak tutacağınızı merak ediyor olabilirsiniz. Brood X gelmeden önce sınırlı zamanınız olsa da, onları genç ağaçlarınızdan uzak tutmak için alabileceğiniz birkaç önleyici tedbir var. Ve zaten oradalarsa, onlardan kurtulmanın yollarımız var.
Bu baharda periyodik ağustos böceklerini ağaçlarınızdan uzak tutmak için ne yapmanız gerektiğini öğrenmek için okumaya devam edin. Ayrıca hangi kimyasalları veya yağları kullanmayacağınızı ve neden vazgeçip Brood X'in ortalıkta kalmasına izin verebileceğinizi de söyleyeceğiz. (Ayrıca, evcil hayvanınız ağustosböceği yerse ne olur?)
Otomasyon, güvenlik, yardımcı programlar, ağ iletişimi ve daha fazlasıyla ilgili en son gelişmelerle evinizi hızlandırın.
Bitkiler Değişen Ortamlara Tepki Vermeyi Nasıl Öğrendi?
Profesör Nick Harberd liderliğindeki John Innes merkezi bilim adamlarından oluşan bir ekip, bitkilerin iklim ve çevredeki değişikliklere uyum sağlama yeteneğini nasıl geliştirdiğini keşfetti. Bitkiler, çevre koşullarından yararlanmak için çimlenme ve çiçeklenme gibi yaşam döngülerindeki önemli adımlar da dahil olmak üzere büyümelerini uyarlar. Çevreleri elverişli olmadığında da büyümeyi baskılayabilirler. Bu, bitki büyüme hormonu giberellin tarafından entegre edilen birçok karmaşık sinyal yolunu içerir.
Current Biology dergisinde yayın yapan araştırmacılar, çok çeşitli bitkilerde giberellin sinyal yolunda yer alan genlere bakarak bitkilerin bu yeteneği nasıl geliştirdiğini incelediler. Bitkilerin çevresel ipuçlarına tepki olarak büyümeyi bastırma yeteneği kazanmalarının 300 milyon yıl önce çiçekli bitkiler evrimleşene kadar olmadığını keşfettiler.
Tüm kara bitkileri, suda yaşayan bir atadan evrimleşmiştir ve giberellin mekanizması, toprağın kolonileştirilmesinden sonra evrilmiştir. Evrilecek en eski kara bitkileri, çoğu bugün hala var olan ciğer otları, boynuzsuları ve atalardan kalma yosunları içeren briyofit grubuydu. Atalardan kalma yosunların kendi gen kopyaları vardır, ancak ürettikleri proteinler birbirleriyle etkileşime girmez ve büyümeyi baskılayamaz. Bununla birlikte, yosun proteinleri, modern çiçekli bitkilere aktarıldıklarında, daha yakın zamanda gelişen benzerleriyle aynı şekilde çalışırlar.
400 milyon yıl önce evrimleşen likofit grubu, vasküler dokuları, yani bitki boyunca su ve besinleri taşımak için özel dokuları evrimleştiren ilk bitkilerdi. Bu bitki grubu ayrıca giberellin sinyal mekanizmasında yer alan genlere sahiptir ve genlerinin ürünleri birbirleriyle ve giberellin hormonu ile etkileşime girebilir. Ancak bu yine de büyüme baskısına neden olmaz. 300 milyon yıl önce gymnospermlerin (çiçekli bitkiler) evrimine kadar bu etkileşimli proteinler büyümeyi baskılayamadı. Bu bitki grubu en baskın hale geldi ve bugün gördüğümüz bitki türlerinin çoğunluğunu oluşturuyor.
Bu büyüme kontrol mekanizmasının evrimi, bu çalışmanın bugünün çiçekli bitkilerinin evrimindeki ana aşamalarla ilişkilendirebildiği bir dizi aşamada gerçekleşmiş gibi görünüyor. Aynı zamanda iki tür evrimsel değişim içerir. Proteinlerin etkileşime girmesine izin veren yapısal değişikliklerin yanı sıra çiçekli bitkiler, bu proteinlere tepki olarak açılıp kapanan genlerin aralığını da değiştirmiştir. Bu çalışma Biyoteknoloji ve Biyolojik Bilimler Araştırma Konseyi tarafından desteklenmiştir.
Referans: Kara-Bitki Evrimi Sırasında Gibberellin-DELLA Büyüme Düzenleyici Mekanizmasının Adım Adım Edinilmesi. Yuki Yasumura, Matilda Crumpton-Taylor, Sara Fuentes ve Nicholas P. Harberd. Güncel Biyoloji 17, 1225-1230, 17 Temmuz 2007 DOI 10.1016/j.cub.2007.06.037
Hikaye Kaynağı:
tarafından sağlanan malzemeler Norwich Biyolojik Bilim Enstitüleri. Not: İçerik, stil ve uzunluk için düzenlenebilir.
Fotosentez
Fotosentezin özellikleri şunları içerir: - Bitkilerin düz yaprakları geniş bir yüzey alanına sahiptir, palisade tabakası, tepeye yakın yerlerde daha fazla kloroplast olduğu anlamına gelir ve koruyucu hücreler, izine giren ve çıkan gazların hareketini kontrol eder.
Fotosentezin gerçekleşmesi için gereken dört şey vardır.
- Işık
- Karbondioksit (havadan)
- Su (topraktan)
- Klorofil Bu, kloroplastlarda bulunur ve yeşil bitkileri yeşil yapan şeydir. Suyu, karbondioksiti alır ve ışıktan gelen enerjiyle birleştirerek glikoz oluşturur. Oksijen sadece bir yan üründür
Fotosentez hızı üç farklı değişkenden etkilenir
- Işık
- Işık enerjisi miktarı arttıkça fotosentez hızı artar. Ancak, bu sadece bir noktaya kadar olur ve bundan sonra ışık artık sınırlayıcı bir faktör değildir (örneğin, bu noktadan sonra ne kadar ışık olursa olsun fotosentez hızını artırmaz). Klorofil sadece kırmızı ve mavi ışığı emer, ancak yeşil ışığı yansıtır, bu yüzden bitkiler yeşildir.
- Işık gibi sadece belli bir noktaya kadar hızı arttırır, fark etmez. Çok fazla ışık ve karbondioksit olduğu sürece, sıcaklık fotosentez hızını kontrol ediyor olmalıdır.
- Klorofil o kadar açık ki enzimler içerir, eğer sıcaklık 40 derecenin üzerine çıkarsa, bu enzimler yok olduklarında 45'e kadar denatüre olmaya başlar. Ancak, genellikle sıcaklık çok düşüktür ve biraz ısınması gerekir.
Fotosentez, geriye doğru solunum denklemidir.
(Solunum: [serbest bırakılan enerji])
Bitkiler güneşten aldıkları enerjiyi besin enerjisine (glikoz) dönüştürürler, daha sonra hayvanlar bitkileri yerler ve bu enerji birlikte aktarılır. Bitkiler olmadan kimyasal enerji ve dolayısıyla hayvanlar olmazdı.
Bir bitki kapalı bir ortama konursa, daha uzun bir süre boyunca karbondioksit seviyeleri azalır ve oksijen artar. Bunun nedeni, bitkilerin gün boyunca oksijen üretmesidir, ancak bir gece ışık olmadığı için bu durur. Karbondioksit her zaman solunumdan üretilir, bu nedenle geceleri karbondioksit seviyeleri artarken (solunum için kullanılan) oksijen seviyeleri azalır. Gün içinde, fotosentez için kullanıldığından karbondioksit, üretildiğinden daha hızlı bir oranda azalır. Genel olarak, bitkiler kullandıklarından daha fazla oksijen üretir ve ürettiklerinden daha fazla karbondioksit alırlar, bu yüzden atmosfer güzel ve oksijen dolu.
Fotosentez ile üretilen glikoz birçok farklı amaç için kullanılır. Başlangıçta solunum için kullanılır, bu da bitkinin glikozu başka faydalı şeylere dönüştürmesine izin veren enerjiyi serbest bırakır (bitkinin ayrıca topraktan mineral toplaması gerekir).
- Solunum (yukarıya bakın)
- Klorofil & ndash Glikoz daha fazla klorofil yapmak için kullanılır, bu da daha fazla glikoz vb.
- Yağ olarak depolanır ve Glikoz, tohumlarda depolanmak üzere lipidlere (yağlar ve sıvı yağlar) dönüştürülür.
- Hücre çeperleri yapmak &ndashglikoz hücre çeperleri yapmak için selüloza dönüştürülür (özellikle hızlı büyüyen bitkilerde)
- Nişastaya dönüşür Glikoz, fotosentezin yapılamadığı (örneğin kış, çok soğuk ve yaprak yokken) kullanılmak üzere kök ve yapraklarda nişasta olarak depolanır Nişasta çözünmez, yani fazla su nedeniyle depo hücrelerini şişirmez ozmozdan
- Proteinlere dönüşür - Glikoz, proteinlere dönüşen amino asitleri oluşturmak için topraktaki nitratlarla birleştirilir.
Mineral Amaç 'Eksikliği' belirtileri nitratlar Amino asit yapımında ve protein sentezinde kullanılır. Bodur büyüme + sarı yaşlı yapraklar fosfatlar Fotosentez ve solunum reaksiyonlarında önemli rolleri vardır. Kötü kök büyümesi + mor yeni yapraklar Potasyum Fotosentez ve solunum işlerinde enzimlere yardımcı olur. Ölü noktalar ile sarı yapraklar Demir ve magnezyum (küçük miktarlarda) Klorofil yapmak için gerekli -
Joanne Chory
İklim değişikliği, hızla büyüyen insan nüfusu için acil ve acil bir tehdittir. Atmosferimizde karbondioksit (CO2) birikmesiyle birlikte, daha şiddetli fırtınalar, kuraklıklar, yangınlar ve sel gibi hava koşullarında değişikliklere neden olan artan bir ısı tutulması vardır. Dünya nüfusu son zamanlarda 7 milyarı aştı ve yüzyılın sonuna kadar 12 milyara ulaşması bekleniyor. Aşırı sıcaklık dalgalanmaları ile birlikte bu artan talep, yaygın çevresel hasara, ekonomik sıkıntıya ve kıtlığa neden oldu.
Yaklaşım
Joanne Chory, bir bitkinin karbonu yakalama ve depolama ve çeşitli iklim koşullarına uyum sağlama konusundaki doğal yeteneğini optimize ederek iklim değişikliğiyle mücadeleye yönelik yenilikçi, ölçeklenebilir ve cesur bir yaklaşım olan Salk Enstitüsü'nün Tesisleri Çalıştırma Girişimi'ne (HPI) liderlik ediyor. Chory ve HPI ekibi, bitkilerin doğal olarak oluşan karbon açısından zengin bir madde olan suberin biçiminde toprağa gömerek daha büyük miktarlarda karbonu emebilen daha büyük, daha sağlam kök sistemleri geliştirmelerine yardımcı olmayı amaçlıyor. Salk ekibi, bu Salk İdeal Bitkilerini™ geliştirmek için en son genetik ve genomik teknikleri kullanacak.
Chory, 30 yıldan fazla bir süredir Arabidopsis thaliana, bitki büyümesi için bir model olarak küçük çiçekli hardal bitkisi. Belirli ortamlar için büyüme ve fotosentezi optimize etmek için bitkilerin boyutlarını, şekillerini ve formlarını nasıl değiştirdiğini incelemek için moleküler genetiğin kullanılmasına öncülük etmiştir. Biyokimyasal çalışmalarla birlikte bitki genetiğinin kullanılması, çevresel değişime tepki olarak büyüme ve gelişmeyi kontrol eden en karmaşık sinyal ağlarından birini belirlemesine olanak sağlamıştır.
Yenilikler ve Keşifler
Chory ve meslektaşları, bitkilerin son boyutlarını kontrol etmek için bir steroid hormonu ürettiğini ve tepki verdiğini keşfetti. Güçlü bir genetik çalışmada, tüm bitki steroid hormonu sinyal sisteminin haritasını çıkardılar ve steroid algısı için insanlardakinden farklı yeni bir paradigma tanımladılar.
Chory'nin ekibi, yaklaşık 30.000 kişinin yüzde 90'ından fazlasının Arabidopsis thaliana genler günün belirli bir saatinde bir ifade zirvesine sahiptir ve ayrıca zamanlama mevsimlere göre değişir. Bilim adamlarıyla birlikte çalışan çiftçiler, bu bilgiyi küresel iklim değişikliğinin tarımsal verim üzerindeki sonuçlarını tahmin etmek için kullanabilmelidir.
Chory'nin ekibi, gölgeli bir bitkinin komşusunu geride bırakabileceği mekanizmayı belirledi. Çiftçiler tarafından yoğun ekimler büyük bir verim kaybına yol açtığından, bu yolun bilgisi şimdiden iyi bir şekilde kullanılıyor.
Su için Mücadele
Kreozot çalısı, su ve besinler için kullandığı alanı savunmak için toksinler kullanır. Az içinde Sue tarafından görüntü.
Bazı bitkiler için yeterli su almanın bir yolu rekabetten, yani yakındaki bitkilerden kurtulmaktır. Kreozot adı verilen bir bitki, yakındaki toprağa saldıkları özel kimyasallar veya toksinler üretir. Bu toksinler, diğer bitkilerin o toprakta büyümesini zorlaştırır. Bu hileye allelopati denir ve kreozotun su kaynağını tüketecek bitkileri uzak tutar.
Bitkilerde terpenoidlerin biyosentezi ve biyolojik işlevleri
Terpenoidler (izoprenoidler), bitkiler tarafından üretilen sayısız bileşik arasında en büyük ve en çeşitli kimyasal sınıfını temsil eder. Bitkiler, büyüme ve gelişmede çeşitli temel işlevler için terpenoid metabolitleri kullanır, ancak terpenoidlerin çoğunu abiyotik ve biyotik ortamda daha özel kimyasal etkileşimler ve koruma için kullanır. Geleneksel olarak, bitki bazlı terpenoidler insanlar tarafından gıda, ilaç ve kimya endüstrilerinde kullanılmış ve daha yakın zamanda biyoyakıt ürünlerinin geliştirilmesinde kullanılmıştır. Sentetik biyolojide genomik kaynaklar ve ortaya çıkan araçlar, bitkilerde ve mikroplarda yüksek değerli terpenoid ürünlerin metabolik mühendisliğini kolaylaştırır. Ayrıca, terpenoidlerin ekolojik önemi, sürdürülebilir haşere kontrolü ve abiyotik stres koruması için stratejiler geliştirmeye yönelik artan ilgiyi kazanmıştır. Birlikte, bu çabalar, terpenoid biyosentezindeki karmaşık metabolik ve moleküler düzenleyici ağların bilgisinde sürekli bir büyüme gerektirir. Bu bölüm bir genel bakış sunar ve çekirdek ve özel terpenoid metabolik yolların organizasyonu, düzenlenmesi ve çeşitlendirilmesi konusundaki anlayışımızdaki son gelişmeleri vurgular ve bitkilerdeki uçucu ve uçucu olmayan terpenoid özelleşmiş metabolitlerin en önemli işlevlerini ele alır.
Bitkilerde Giberellinler
Giberellinler (GA'lar), bitkiler tarafından üretilen ve gövde uzaması, çimlenme, tohum dormansisi, çiçeklenme, çiçek büyümesi, yaprak ve meyve yaşlanmasını içeren gelişim süreçlerinden sorumlu olan hormonlardır. Giberellinler, bitki hormonunun en uzun sınıflarından biridir. GA sentezinde eksik olan mahsul soylarının (bilinçsiz de olsa) dikkatli bir şekilde yetiştirilmesinin, aynı zamanda tüm dünyada bir milyardan fazla hayat kurtardığı bilinen bir devrim olan "yeşil devrim"in ana itici güçlerinden biri olduğuna inanılıyor. küre.
Gibberellinlerin anlaşılmasına yönelik ilk adım, pirinçteki bakanae veya 'aptal fide' hastalığı üzerine yapılan araştırmalarla bitki patolojisi alanındaki gelişmeler oldu. Aptalca fide hastalığı, pirinç saplarının ve yapraklarının sağlam bir şekilde uzamasına neden olur ve nihayetinde çökmelerine neden olur. Japon bilim adamı Eiichi Kurosawa, aptal fide hastalığına 1926'nın ilk yıllarında Gibberella fujikuroi mantarının neden olduğunu ortaya çıkardı. Daha sonra Tokyo Üniversitesi'nde (Yabuta, Sumiki ve Hayashi'den dikkat çeken) yapılan çalışmalar, bu mantarın yarattığı bir maddenin hastalığa neden olduğunu gösterdi. aptal fide hastalığının belirtilerini ortaya çıkardılar ve bu maddeyi 'gibberellin' olarak adlandırdılar.
Hepimizin bildiği gibi giberellinler, plastidlerde terpenoid yol tarafından üretilen ve daha sonra biyolojik olarak aktif seviyelerine ulaşana kadar endoplazmik retikulum ve sitozolde değişen diterpenoid asitlerdir. Tüm gibberellinler ent -gibberellin iskeletinden türetilir ancak ent -kaurene yoluyla üretilir. Gibberellinler, saptama sırasına göre GA1'den GAn'a kadar adlandırılır. Temel olarak karakterize edilen ilk giberellin olan giberellik asit, GA3'tür.
Giberellinler ayrıca tetrasiklik diterpen asitlerdir. 19 veya 20 karbonun varlığına göre iki grup vardır. Gibberellik asit gibi 19 karbonlu giberellinler, karbon 20'yi yanlış yerleştirmiştir ve yerinde, karbon 4 ve 10 arasında ilişkili beş üyeli bir lakton köprüsüne sahiptir. 19 karbonlu formlar, giberellinlerin biyolojik olarak aktif formlarıdır. Hidroksilasyon ayrıca giberellinin biyolojik aktivitesi üzerinde harika bir sonuca sahiptir. Genel olarak, biyolojik olarak aktif maddeler, hem C-3 hem de C-13 üzerinde hidroksil gruplarına sahip olan dihidroksile giberellinlerdir. Giberellik asit, dihidroksile giberellin olarak da bilinir.
GA1, GA3, GA4 ve GA7 biyoaktif GA'lardır. Bu GA'lar arasında üç temel yapısal karakter vardır:
Çoğu biyoaktif giberellin, bitkilerde aktif olarak büyüyen organlarda bulunur. Her bir GA3ox ve GA20ox geni (GA 3-oksidaz ve GA 20-oksidaz için kodlayan genler) ve SLENDER1 geni (bir GA işaret transdüksiyon geni) pirinçte büyüyen organlarda görülür ve bu, biyoaktif giberellin sentezinin kendi etki alanlarında gerçekleştiğini öne sürer. bitkilerin büyüyen organları. Çiçek gelişimi boyunca, anterlerin tapetumunun, giberellin biyosentezinin birincil bölgesi olduğu varsayılır.
Bir bitki Arabidopsis ve bir "Gibberellafujikuroi" mantarı, farklı giberellin yolları ve enzimlerine sahiptir. Mantarlardaki P450'ler, bitkilerdeki KAO'ların işlevleriyle karşılaştırıldığında d'ye benzer işlevler yapar. Bitkilerde CPS ve KS'nin rolü, tek bir enzim olan CP S/KS tarafından yapılır. Mantarlarda, giberellin biyosentez genleri bir kromozom üzerinde bulunur, ancak bitkilerde rastgele birden fazla kromozom üzerinde bulunurlar. Bitkiler düşük miktarda GA3 verir, bu nedenle GA3, mikroorganizmalar tarafından endüstriyel kullanımlar için yapılır. Endüstriyel kullanım için, giberellik asit, daldırılmış fermantasyon ile üretilebilir, ancak bu işlem, düşük üretim ile yüksek üretim maliyetleri ve dolayısıyla daha yüksek satış değeri sunar, ancak GA3 yapım maliyetlerini azaltmak için başka bir alternatif işlem, Katı Hal Fermentasyonudur (SSF) tarımsal-endüstriyel artıkların kullanımına izin verir.
Giberellinleri inaktive etmek için çok sayıda mekanizma kabul edilmiştir. 2β-hidroksilasyon, GA'yı devre dışı bırakır ve GA2-oksidazlar (GA2ox'lar) tarafından katalize edilir. Bazı GA2ox'lar substrat olarak C19-GA'ları kullanır ve diğer GA2ox'lar C20-GA'ları kullanır. Uzatılmış en yüksek internod (eui) tarafından belirlenen sitokrom P450 mono-oksijenaz, GA'ları 16α, 17-epoksitlere dönüştürür. Pirinç eui mutantları biyoaktif giberellinleri yüksek seviyelerde biriktirir, bu da sitokrom P450 mono-oksijenazın pirinçteki giberellinlerin deaktivasyonundan sorumlu anahtar bir enzim olduğunu düşündürür. Gamt1 ve gamt2 genleri, giberellinlerin C-6 karboksil grubunu metilleyen enzimleri dönüştürür. Bir gamt1 ve gamt2 mutantında gelişen tohum miktarı artar.
Geri bildirim ve ileri besleme parametresi, bitkilerdeki biyoaktif giberellin seviyelerini tutar. AtGA20ox1 ve AtGA3ox1 ekspresyon seviyeleri, giberellin eksikliği olan bir ortamda iyileştirilir ve biyoaktif giberellinlerin eklenmesinden sonra azalır. Aynı şekilde, giberellinlerin deaktivasyon genleri olan AtGA2ox1 ve AtGA2ox2'nin ifadesi, giberellinlerin eklenmesiyle iyileştirilir.
Oksin indol-3-asetik asit (IAA), bezelyelerde daha uzun internodlar elde etmede GA1 konsantrasyonunu kontrol eder. Oksin kaynağı olan apikal tomurcuğun çıkarılmasıyla IAA'nın çıkarılması, GA1 miktarını azaltır ve IAA'nın yeniden verilmesi, GA1 miktarını artırmak için bu etkileri tersine çevirir. Bu süreç tütün bitkilerinde de gözlenmiştir. Oksin, arpada GA 3-oksidasyonunu arttırır ve GA 2-oksidasyonunu düşürür. Oksin ayrıca bezelyede meyve büyümesi sırasında giberellin biyosentezini de kontrol eder. Farklı bitki türlerindeki bu tespitler, giberellin metabolizmasının oksin düzenlemesinin ortak bir mekanizma olabileceğini açıklamaktadır.
Etilen, biyoaktif GA'ların konsantrasyonunu azaltır.
Çevresel faktörlere göre düzenleme
Son araştırmalara göre, giberellin konsantrasyonundaki değişiklikler, ışıkla düzenlenen çimlenmeyi, etiolasyon yoluyla fotomorfogenezi ve çiçeklenme ve gövde uzamasının fotoperiyot parametresini etkiler. Dörtte biri soğuğa duyarlı genler hakkında görüntülenen mikrodizi gözlemi, giberellinlerle düzenlenen genlerle bağlantılıdır, bu da giberellinlerin soğuk sıcaklıklara tepkiyi etkilediğini gösterir. Bitkiler strese açık olduklarında büyüme hızını düşürürler. Arpada giberellin seviyeleri ile yaşanan stres konsantrasyonu arasında bir bağlantı olduğu öne sürülmüştür.
Tohum gelişimindeki rolü
Biyoaktif giberellinler ve absisik asit seviyeleri zıt bir ilişkiye sahiptir ve tohum çimlenmesini ve gelişimini düzenler. Bir Arabidopsis transkripsiyon yönü olan FUS3'ün seviyeleri, ABA tarafından düzenlenmez ve gibberellin tarafından aşağı regüle edilir; bu, gibberellin ve ABA dengesini yaratan bir düzenleme döngüsü olduğunu öne sürer.
Genetiği Değiştirilmiş Gıdaların Güvenliği: İstenmeyen Sağlık Etkilerini Değerlendirme Yaklaşımları (2004)
Bu bölüm, insan gıdası olarak kullanılmak üzere yeni bitki, hayvan ve mikrobiyal suşlar geliştirmek için kullanılan genetik modifikasyon yöntemlerinin kısa bir tanımını sunar. Sonraki bölüm (Bölüm 3), bu yöntemlerin kasıtsız bileşimsel değişikliklerle sonuçlanma olasılığının ayrıntılı bir analizini sunar.
ARKA FON
Gıda için kullanılan bitkilerde, hayvanlarda ve mikroplarda istenen özelliklerin üretilmesi için modifikasyon yaklaşık 10.000 yıl önce başladı. Bu değişiklikler, doğal evrimsel değişikliklerle birlikte, artık genetik olarak atalarından farklı olan ortak gıda türlerinin ortaya çıkmasına neden oldu.
Bu genetik modifikasyonların avantajlı sonuçları arasında artan gıda üretimi, güvenilirlik ve artan tat ve besin değeri ile mantar ve bakteriyel patojenler gibi çeşitli biyotik ve abiyotik streslere bağlı kayıpların azalması yer alır. Bu hedefler, genetik olarak geliştirilmiş özelliklere sahip bireysel organizmaları tanımlamak, seçmek ve analiz etmek için daha yeni genetik modifikasyon yöntemleri tasarlayan modern yetiştiricileri ve gıda bilimcilerini motive etmeye devam ediyor.
Bitki türleri için, herhangi bir yeni çeşidin en az üç kriteri karşılaması gerektiğini belirten uluslararası gerekliliklere uygun olarak yeni bir mahsul çeşidinin geliştirilmesi, değerlendirilmesi ve piyasaya sürülmesi 12 yıla kadar sürebilir: genetik olarak diğer tüm ürünlerden farklı olmalıdır. çeşitler, popülasyon boyunca genetik olarak tek tip olmalı ve genetik olarak kararlı olmalıdır (UPOV, 2002).
Modifikasyon yöntemlerindeki ilerlemeler, yeni gıdaların pazara sunulması için gereken süreyi azaltma potansiyeline sahip olsa da, uzun bir sürecin önemli bir faydasıdır.
değerlendirme süresi, zararlı özelliklerin belirleneceği ve potansiyel olarak zararlı yeni çeşitlerin ticari sürümden önce ortadan kaldırılabileceği konusunda daha fazla güvence için fırsatlar sağlamasıdır. Bölüm 5'te daha ayrıntılı olarak tartışıldığı gibi, potansiyel olarak tehlikeli ürünleri ticari olarak temin edilmeden önce belirlemek hem ihtiyatlı hem de tercih edilir ve birkaç istisna dışında standart bitki yetiştirme uygulamaları bunu yapmakta çok başarılı olmuştur.
BİTKİ GENETİK MODİFİKASYONU
Genetik Mühendisliği Dışındaki Teknikler
Basit Seçim
Göçebe atalarımız tarafından kullanılan ve günümüzde de devam eden bitki genetik modifikasyonunun (Bölüm 1'deki Operasyonel Tanımlara bakınız) en kolay yöntemi basit seçimdir. Yani, genetik olarak heterojen bir bitki popülasyonu incelenir ve "üstün" bireyler ve gelişmiş lezzet ve verim gibi en çok istenen özelliklere sahip bitkiler ve sürekli yayılma için seçilir. Diğerleri yenir veya atılır. Üstün bitkilerden elde edilen tohumlar, tamamı veya çoğu istenen özellikleri taşıyacak ve ifade edecek yeni nesil bitkiler üretmek için ekilir. Birkaç yıllık bir süre boyunca, bu bitkiler veya tohumları saklanır ve yeniden ekilir, bu da üstün bitkilerin popülasyonunu arttırır ve genetik popülasyonu üstün genotipin egemenliği altına alacak şekilde değiştirir. Bu çok eski yetiştirme yöntemi, modern teknoloji ile geliştirilmiştir.
Basit seçimin modern yöntemlerine bir örnek: işaretleyici destekli seçim, Bir popülasyondaki bir veya daha fazla spesifik patojene karşı hastalık direnci gibi istenen özellikleri ifade etmesi muhtemel bitkileri tespit etmek için moleküler analiz kullanan. İşaretçi destekli seçimin başarıyla uygulanması, &ldquoüstün özelliklere&rdquo sahip olabilecek aday bireylerin belirlenmesi için daha hızlı ve daha verimli bir mekanizma sağlar.
Üstün özellikler, bitki temelli bir diyet tüketen evcil hayvanlar kadar, insanlar için de yararlı olduğu düşünülen özelliklerdir; bunlar, ekolojik veya evrimsel bir bağlamda bitki için mutlaka yararlı değildir. Yetiştiriciler için faydalı olduğu düşünülen özellikler, genellikle çevresel uygunluk açısından bitki için zararlıdır. Örneğin, bir bitkideki nahoş kimyasalların azaltılması, onu insan tüketiciler için daha çekici hale getirir, ancak aynı zamanda böcekler ve diğer zararlılar tarafından daha fazla beslenmeyi de çekebilir, bu da yönetilmeyen bir ortamda hayatta kalma olasılığını azaltır. Sonuç olarak, ekili ürün çeşitleri, çiftlikten kaçtıklarında nadiren vahşi doğada popülasyon oluştururlar. Tersine, bir bitkinin hastalığa karşı direncini artıran bazı özellikler de insanlar için zararlı olabilir.
Geçit
Çaprazlama, bir bitki yetiştiricisinin bir bitkiden polen alıp onu cinsel olarak uyumlu bir bitkinin pistiline sürmesi ve her iki ebeveynden de genler taşıyan bir melez üretmesiyle meydana gelir. Melez soy çiçeklenme olgunluğuna ulaştığında, ebeveyn olarak da kullanılabilir.
Bitki yetiştiricileri genellikle iki bitkinin faydalı özelliklerini birleştirmek isterler. Örneğin, bir bitkiden diğerine yüksek verimli ancak hastalığa duyarlı olan hastalığa dirençli bir gen eklerken, hastalığa dirençli bitkinin zayıf doğurganlık ve tohum verimi gibi istenmeyen genetik özelliklerini geride bırakabilirler. böcekler veya diğer hastalıklar veya beslenmeye karşı metabolitlerin üretimi.
Çapraz bitkilerde genleri ve özellikleri yeniden birleştirmenin rastgele doğası nedeniyle, yetiştiriciler genellikle minimum istenmeyen özelliklerle faydalı özelliklere sahip olan az sayıdaki kişiyi yaratmak ve tanımlamak için yüzlerce veya binlerce hibrit döl yapmak zorundadır. Örneğin, neslin çoğunluğu istenen hastalık direncini gösterebilir, ancak bazılarında hastalığa dirençli ebeveynin istenmeyen genetik özellikleri de mevcut olabilir. Çaprazlama hala modern bitki ıslahının temel dayanağıdır, ancak yetiştiricilerin alet çantasına birçok başka teknik eklenmiştir.
Türler Arası Geçiş
Türler arası geçiş çeşitli yollarla gerçekleşebilir. Ekili yulaf gibi yakından ilişkili türler (avena sativa) ve onun otsu akraba yabani yulafı (Avena fatua), genetik bilgi alışverişi için çapraz tozlaşma yapabilir, ancak bu genellikle böyle değildir. Bir türden gelen genler, belirli koşullar altında doğal olarak daha uzak akrabaların genomlarına da entegre olabilir. Bazı besin bitkileri, hem doğa hem de insan müdahalesi ile aktarılan, farklı türlerden kaynaklanan genleri taşıyabilir. Örneğin, yaygın buğday çeşitleri çavdardan gelen genleri taşır. Sıradan bir patates, solanum tüberozumgibi diğer türlerin akrabalarıyla geçebilir. S. acaule (Kozukue ve diğerleri, 1999) veya S. chacoense (Sanford ve diğerleri, 1998 Zimnoch-Guzowska ve diğerleri, 2000).
kromozom mühendisliği yakın veya uzak türlerden kromozom bölümlerinin kromozomal translokasyon adı verilen doğal bir süreçle yeniden birleştirildiği rekombinant olmayan deoksiribonükleik asit (rDNA) sitogenetik manipülasyonlarına verilen terimdir. Sears (1956, 1981) bu sürecin insan tarafından sömürülmesine öncülük etti; bu, zararlılara veya hastalıklara karşı direnç gibi başka türlü ulaşılamayan özelliklerin ekin türlerine aktarılması için değerli olduğunu kanıtladı. Bununla birlikte, büyük kromozom parçalarının aktarılması aynı zamanda bir dizi nötr veya zararlı genin de aktarılmasından dolayı, bu tekniğin faydası sınırlıydı.
Son iyileştirmeler, bitki yetiştiricilerinin aktarılan genetik materyali kısıtlamasına izin vererek, daha çok ilgilenilen gene odaklanmaktadır (Lukaszewski, 2004). Sonuç olarak,
kromozom mühendisliği, nispeten küçük DNA parçalarını transfer etme yeteneğinde rDNA teknolojisi ile daha rekabetçi hale geliyor. Mısır, soya fasulyesi, pirinç, arpa ve patates gibi çeşitli mahsul türleri, kromozom mühendisliği kullanılarak geliştirilmiştir (Gupta ve Tsuchiya, 1991).
Embriyo kurtarma
Bazen türler arası gen transferini tamamlamak için insan teknik müdahalesi gerekir. Bazı bitkiler çapraz tozlaşacak ve ortaya çıkan döllenmiş hibrit embriyo gelişir ancak olgunlaşamaz ve filizlenemez. Modern bitki yetiştiricileri, doğal olarak tozlaşarak ve ardından büyümeyi durdurmadan önce bitki embriyosunu çıkararak, gelişimini tamamlayabileceği bir doku kültürü ortamına yerleştirerek bu sorunu çözer. Bu tür embriyo kurtarma, genetik mühendisliği olarak kabul edilmez ve doğrudan yeni çeşitler türetmek için yaygın olarak kullanılmaz, bunun yerine uzak, cinsel açıdan uyumsuz akrabalardan genlerin hem vericinin hem de vericinin orta, kısmen uyumlu akrabaları yoluyla aktarılmasında bir aracı adım olarak kullanılır. alıcı türler
Somatik hibridizasyon
Doku kültürü teknolojilerindeki son gelişmeler, farklı bitki kaynaklarından genlerin yeniden birleştirilmesi için yeni fırsatlar sağlamıştır. İçinde somatik hibridizasyon, olarak da bilinen bir süreç hücre füzyonu, bir kültür ortamında büyüyen hücreler, genellikle pektinaz, selülaz ve hemiselülaz enzimleri kullanılarak koruyucu duvarlarından sıyrılır. adı verilen bu soyulmuş hücreler protoplastlar, farklı kaynaklardan toplanır ve elektrik çarpması gibi çeşitli tekniklerin kullanılmasıyla birbirleriyle kaynaştırılır.
İki protoplast birleştiğinde, ortaya çıkan somatik hibrit, her iki bitki kaynağından gelen genetik materyali içerir. Bu yöntem, polen bazlı hibridizasyonun önündeki fiziksel engellerin üstesinden gelir, ancak temel kromozomal uyumsuzlukları değil. Somatik melez uyumlu ve sağlıklıysa, yeni bir hücre duvarı geliştirebilir, mitotik bölünmelere başlayabilir ve nihayetinde her iki ebeveynin genetik özelliklerini taşıyan bir melez bitkiye dönüşebilir. Hemen hemen tüm bitkiler (ve hayvanlar) bu işlem için uygun hücrelere sahip olduğundan, protoplast füzyonları kolayca gerçekleştirilebilirken, nispeten azı bütün bir organizmayı yeniden üretme yeteneğine sahiptir ve daha azı hala cinsel üreme yeteneğine sahiptir. Bu genetik olmayan mühendislik tekniği, bitki ıslahında yaygın değildir, çünkü sonuçta ortaya çıkan başarılı, verimli melezler, diğer geleneksel teknolojileri kullanarak mümkün olanın çok ötesine geçmemiştir.
Somaklonal Varyasyon
Somaklonal varyasyon, bitki hücreleri in vitro olarak büyütüldüğünde meydana gelen spontan mutasyonlara verilen isimdir. Uzun yıllar boyunca bitkiler bu dokudan yenilendi.
dava kültürü bazen yeni özelliklere sahipti. It was not until the 1980s that two Australian scientists thought this phenomenon might provide a new source of genetic variability, and that some of the variant plants might carry attributes of value to plant breeders (Larkin and Scowcroft, 1981).
Through the 1980s plant breeders around the world grew plants in vitro and scored regenerants for potentially valuable variants in a range of different crops. New varieties of several crops, such as flax, were developed and commercially released (Rowland et al., 2002). Molecular analyses of these new varieties were not required by regulators at that time, nor were they conducted by developers to ascertain the nature of the underlying genetic changes driving the variant features. Somaclonal variation is still used by some breeders, particularly in developing countries, but this non-genetic engineering technique has largely been supplanted by more predictable genetic engineering technologies.
Mutation Breeding: Induced Chemical and X-ray Mutagenesis
Mutation breeding involves exposing plants or seeds to mutagenic agents (e.g., ionizing radiation) or chemical mutagens (e.g., ethyl methanesulfonate) to induce random changes in the DNA sequence. The breeder can adjust the dose of the mutagen so that it is enough to result in some mutations, but not enough to be lethal. Typically a large number of plants or seeds are mutagenized, grown to reproductive maturity, and progeny are derived. The progeny are assessed for phenotypic expression of potentially valuable new traits.
As with somaclonal variation, the vast majority of mutations resulting from this technique are deleterious, and only chance determines if any genetic changes useful to humans will appear. Other than through varying the dosage, there is no means to control the effects of the mutagen or to target particular genes or traits. The mutagenic effects appear to be random throughout the genome and, even if a useful mutation occurs in a particular plant, deleterious mutations also will likely occur. Once a useful mutation is identified, breeders work to reduce the deleterious mutations or other undesirable features of the mutated plant. Nevertheless, crops derived from mutation breeding still are likely to carry DNA alterations beyond the specific mutation that provided the superior trait.
Induced-mutation crops in most countries (including the United States) are not regulated for food or environmental safety, and breeders generally do not conduct molecular genetic analyses on such crops to characterize the mutations or determine their extent. Consequently, it is almost certain that mutations other than those resulting in identified useful traits also occur and may not be obvious, remaining uncharacterized with unknown effects.
Worldwide, more than 2,300 different crop varieties have been developed using induced mutagenesis (FAO/IAEA, 2001), and about half of these have been developed during the past 15 years. In the United States, crop varieties ranging from wheat to grapefruit have been mutated since the technique was first used in
the 1920s. There are no records of the molecular characterizations of these mutant crops and, in most cases, no records to retrace their subsequent use.
Cell Selection
Several commercial crop varieties have been developed using cell selection, including varieties of soybeans (Sebastian and Chaleff, 1987), canola (Swanson et al., 1988), and flax (Rowland et al., 1989). This process involves isolating a population of cells from a so-called &ldquoelite plant&rdquo with superior agricultural characteristics. The cells are then excised and grown in culture. Initially the population is genetically homogeneous, but changes can occur spontaneously (as in somaclonal variation) or be induced using mutagenic agents. Cells with a desired phenotypic variation may be selected and regenerated into a whole plant. For example, adding a suitable amount of the appropriate herbicide to the culture medium may identify cells expressing a novel variant phenotype of herbicide resistance. In theory, all of the normal, susceptible cells will succumb to the herbicide, but a newly resistant cell will survive and perhaps even continue to grow. An herbicide-resistant cell and its derived progeny cell line thus can be selected and regenerated into a whole plant, which is then tested to ensure that the phenotypic trait is stable and results from a heritable genetic alteration. In practice, many factors influence the success of the selection procedure, and the desired trait must have a biochemical basis that lends itself to selection in vitro and at a cellular level.
Breeders cannot select for increased yield in cell cultures because the cellular mechanism for this trait is not known. The advantage of cell selection over conventional breeding is the ability to inexpensively screen large numbers of cells in a petri dish in a short time instead of breeding a similar number of plants in an expensive, large field trial conducted over an entire growing season.
Like somaclonal variation, cell selection has largely been superceded by recombinant technologies because of their greater precision, higher rates of success, and fewer undocumented mutations.
Genetic Engineering
As noted in Chapter 1, this report defines genetic engineering specifically as one type of genetic modification that involves an intended targeted change in a plant or animal gene sequence to effect a specific result through the use of rDNA technology. A variety of genetic engineering techniques are described in the following text.
Microbial Vectors
Agrobacterium tumefaciens is a naturally occurring soil microbe best known for causing crown gall disease on susceptible plant species. It is an unusual patho-
gen because when it infects a host, it transfers a portion of its own DNA into the plant cell. The transferred DNA is stably integrated into the plant DNA, and the plant then reads and expresses the transferred genes as if they were its own. The transferred genes direct the production of several substances that mediate the development of a crown gall.
Among these substances is one or more unusual nonprotein amino acids, called opines. Opines are translocated throughout the plant, so food developed from crown gall-infected plants will carry these opines. In the early 1980s strains of Agrobacterium were developed that lacked the disease-causing genes but maintained the ability to attach to susceptible plant cells and transfer DNA.
By substituting the DNA of interest for the crown gall disease-causing DNA, scientists derived new strains of Agrobacterium that deliver and stably integrate specific new genetic material into the cells of target plant species. If the transformed cell then is regenerated into a whole fertile plant, all cells in the progeny also carry and may express the inserted genes. Agrobacterium is a naturally occurring genetic engineering agent and is responsible for the majority of GE plants in commercial production.
Microprojectile Bombardment
Klein and colleagues (1987) discovered that naked DNA could be delivered to plant cells by &ldquoshooting&rdquo them with microscopic pellets to which DNA had been adhered. This is a crude but effective physical method of DNA delivery, especially in species such as corn, rice, and other cereal grains, which Agrobacterium does not naturally transform. Many GE plants in commercial production were initially transformed using microprojectile delivery.
Electroporation
İçinde electroporation, plant protoplasts take up macromolecules from their surrounding fluid, facilitated by an electrical impulse. Cells growing in a culture medium are stripped of their protective walls, resulting in protoplasts. Supplying known DNA to the protoplast culture medium and then applying the electrical pulse temporarily destabilizes the cell membrane, allowing the DNA to enter the cell. Transformed cells can then regenerate their cell walls and grow to whole, fertile transgenic plants. Electroporation is limited by the poor efficiency of most plant species to regenerate from protoplasts.
Microinjection
DNA can be injected directly into anchored cells. Some proportion of these cells will survive and integrate the injected DNA. However, the process is labor intensive and inefficient compared with other methods.
Transposons/Transposable Elements
The genes of most plant and some animal (e.g., insects and fish) species carry transposons, which are short, naturally occurring pieces of DNA with the ability to move from one location to another in the genome. Barbara McClintock first described such transposable elements in corn plants during the 1950s (Cold Spring Harbor Laboratory, 1951). Transposons have been investigated extensively in research laboratories, especially to study mutagenesis and the mechanics of DNA recombination. However, they have not yet been harnessed to deliver novel genetic information to improve commercial crops.
Nontransgenic Molecular Methods of Manipulation
Genetic features can be added to plants and animals without inserting them into the recipient organism&rsquos native genome. DNA of interest may be delivered to a plant cell, expressing a new protein&mdashand thereby a new trait&mdashwithout becoming integrated into the host-cell DNA. For example, virus strains may be modified to carry genetic material into a plant cell, replicate, and thrive without integrating into the host genome. Without integration, however, new genetic material may be lost during meiosis, so that seed progeny may not carry or express the new trait.
Many food plants are perennials or are propagated by vegetative means, such as grafting or from cuttings. In these cases the virus and new genes would be maintained in subsequent, nonsexually generated populations. Technically such plants are not products of rDNA because there is no recombination or insertion of introduced DNA into the host genome. Although these plants are not GE, they do carry new DNA and new traits. No such products are known to be currently on the market in the United States or elsewhere. (See McHughen [2000] for further information on genetic mechanisms used in plant improvement.)
ANIMAL GENETIC MODIFICATION
Techniques Other than Genetic Engineering
Domestication and Artificial Selection
Modern breeds of livestock differ markedly from their ancestors as a result of breeding strategies. For example, milk production per cow has increased among Holstein dairy cattle. Similarly, breeding programs have resulted in lean, fast-growing pigs (Notter, 1999). Chickens from modern breeds each produce more than 250 eggs per year, approximately double that produced in 1950, again mainly due to genetic selection.
Established and emerging biotechnologies in animal agriculture include as-
sisted reproductive technologies use of naturally occurring hormones, such as recombinant bovine somatotropin marker-assisted selection biotechnologies to enhance reproductive efficiency without affecting the genome and biotechnologies to enhance expression of desirable genes.
Assisted Reproductive Procedures
Modern breeds of livestock differ from their ancestors because the use of frozen semen for artificial insemination (AI), along with sire testing and sire selection, has markedly affected the genetic quality of livestock, especially dairy cattle. Select bulls are tested for fertility and judged on the basis of the milk that their daughters produce. A notable example is the milk from Holstein cows, which increased almost threefold between 1945 and 1995 (Majeskie, 1996) through a combination of AI using semen from select bulls and improved milk production management (Diamond, 1999 Hale, 1969). Using sophisticated statistical models to predict breeding values, sire testing and selection, crossbreeding, and marker-assisted selection, along with AI, have greatly advanced the production characteristics of livestock. It is expected that AI will continue to be an integral tool in animal production systems.
(Assisted reproductive and recombinant hormone technologies are discussed in detail in the accompanying subreport, Methods and Mechanisms of Genetic Manipulation and Cloning of Animals.)
Techniques Fundamental to Genetic Engineering in Livestock
Although the following are not methods to generate modifications per se, they are considered modern methods that support the overall breeding and selection system for propagating desired genotypes for animals expressing desired traits.
Embryo Recovery and Transfer and Superovulation
Embryo recovery and transfer allow valuable animals to contribute more offspring to the gene pool (Seidel, 1984). Embryos that are frozen and stored before being used to initiate a pregnancy result in 40,000 to 50,000 beef calves per year (NAAB, 2000). Emerging technologies will allow the sexing of semen and embryos to control the gender of the offspring. The production of single-sex sperm, by cell sorting X and Y sperm, will greatly benefit the livestock industries (Johnson, 2000).
In Vitro Maturation and Fertilization of Oocytes
Up to several thousand embryos can be produced using techniques for recovering and maturing immature eggs, or oocytes, in about one day in a medium
containing hormones, and then fertilizing them with live sperm or injecting a single sperm or sperm head into their outer layers&mdasheither beneath the zona pellucida or directly into the cytoplasm. The resulting zygotes are cultured in vitro, usually to the blastocyst stage, before being transferred to recipient females (First, 1991). The commercial application of in vitro maturation and fertilization has resulted in as many as 4,000 calves being born in a single year (NAAB, 2000).
Embryo Splitting
Splitting or bisecting embryos yields zygotic twins, or non-GE clones, that are genetically identical in both their nuclear and mitochondrial genes (Heyman et al., 1998). Maternal twins exhibit greater variation in phenotype than paternal twins with only one X chromosome. Further, there is the potential for differences in mitochondrial DNA distribution to affect phenotype.
These embryos are then placed in an empty zona pellucida and transferred to recipient females, which carry them to term. Through 2001, a total of 2,226 registered Holstein clones&mdash754 males and 1,472 females&mdashwere produced from embryo splitting, with 1 to 2 percent of calves produced (NAAB, 2000).
Genetic Engineering
klonlama as a technique, and the implications for predicting and assessing adverse health effects that may be associated with this technique, are addressed in the committee&rsquos subreport that follows this report.
Techniques employed to introduce novel genes into domestic animals are discussed in detail in the report Animal Biotechnology: Science Based Concerns (NRC, 2002). These transgenic approaches applicable to animals are summarized in the following text.
Accessing the Germline of Animals
Germline refers to the lineage of cells that can be genetically traced from parent to offspring. It is possible to access the germline of animals using one of five methods (NRC, 2002):
directly manipulating the fertilized egg after it has been implanted in the uterus
manipulating the sperm that produces the zygote
manipulating early embryonic tissue in place
using embryonic stem cell lines in early embryos and
manipulating cultured somatic cells to transfer their nuclei into enucleated oocytes.
Transfection
Several of the methods used to transfect or introduce novel genes into animals are similar to those used for plants. Commonly used methods include:
microinjection of DNA into the nucleus of anchored cells
electroporation, where DNA is introduced through cell membrane pores by pulsed electrical charges
polycationic neutralization of the cell membrane and the DNA to be introduced to improve passive uptake
lipofection, where DNA is and
sperm-mediated transfection, often used in conjunction with intracytoplasmic sperm injection or electroporation.
As is the case with plants, microinjection is a highly inefficient means of creating transgenic animals. For example, an incredibly small percentage of livestock embryos that undergo microinjection yield transgenic animals (Rexroad, 1994). Moreover, successfully microinjected transgenic animals do not necessarily pass their transgenes on to their offspring (NRC, 2002).
Retroviral Vectors
This method is similar to viral delivery methods used in plants in that virus strains are modified to carry genetic material into a cell. It differs in that after the novel DNA is delivered, the viral replication process integrates it into the host cell&rsquos genome.
Transposons
The use of transposable elements in animal cells has not been completely developed. Although no active naturally occurring transposable elements have been found in mammals, those found in insects and fish are under investigation for potential use in animals.
Knock-In and Knock-Out Technology
Transgenic technology can also be used to create organisms that lack specific genes or those in which one existing gene has been replaced by another that has been engineered. The addition (&ldquoknock-in&rdquo) or deletion (&ldquoknock-out&rdquo) of specific gene functions through introduced mutations or genetic engineering based on homologous recombination has become commonplace in animals used for experimentation, such as mice. Although at present this technology is not efficient
and thus not practical for use in generating knock-in or knock-out domestic animals, there are examples of its use in domestic sheep and pigs. (NRC, 2002).
Marker-Assisted Selection
Marker-assisted selection involves establishing a link between inheriting a desirable trait, such as milk yield, and segregating specific genetic markers that are coupled to that trait. Marker-assisted selection is important in animal breeding and selection strategies for studying complex traits governed by many genes (Georges, 2001). The use of this method is expected to increase exponentially as genome-sequencing projects identify greater numbers of useful, segregated markers for economically important traits.
Initially animals will be screened for genes that control simple traits that may be undesirable, such as horns in cattle or metabolic stress syndrome in pigs. In time, easily identifiable markers that accompany multiple genes controlling more complex traits, such as meat tenderness and taste, growth, offspring size, and disease resistance, will become available to improve animal health and production traits (Dekkers and Hospital, 2002).
Two notable examples can be found in sheep. One is the Booroola gene in which a single-nucleotide base change is responsible for the callipyge muscle hypertrophy phenotype&mdashthe only known example of polar over-dominance in a mammal (Freking et al., 2002). Another is introgression of the Booroola gene into the Awassi and the Assaf dairy breeds (Gootwine, 2001).
Sequencing genomes of animals that are important to agriculture will identify genes that influence reproductive efficiency. For example, a growth-hormonereceptor variant on bovine chromosome 20 affects the yield and composition of milk, and is expected to increase milk production by 200 kg per lactation and decrease milk fat from 4.4 percent to 3.4 percent (Fletcher, 2003).
Nontransgenic Methods of Animal Manipulation
Biotechnology can be used to modify endocrine function of domestic animals and affect reproduction, lactation, and growth. For example, in pigs and rats (Draghia-Akli et al., 2002) hypothalamic-specific expression of growth-hormone-releasing hormone is not essential since ectopic expression of a cloned DNA for this neuropeptide can be genetically driven by a synthetic muscle-specific transcriptional promoter to elicit increases in both growth hormone and insulin-like growth factor-I (Khan et al., 2002). This biotechnology has the potential, by using specific hormones and growth factors during critical developmental periods, to enhance uterine capacity and to increase milk production.
GENETIC MODIFICATION OF MICROBES
Humans have used and genetically modified (GM) microbes for centuries to produce food. Wine, bread, and cheese are common examples of ancient foods, still popular today, that depend on microbial ingredients and activities. Endogenous populations of microbes, particularly bacteria and yeasts, are genetically varied enough to provide sufficiently different traits to allow the development of useful microbial strains through simple selection or induced mutation.
Microorganisms play significant roles in food production. They serve primary and secondary roles in food fermentation and in food spoilage, and they can produce enzymes or other metabolites used in food production and processing. Fermentations can be initiated and conducted completely by the bacterial populations that are endogenous to the raw materials being fermented. However, it is more reliable in terms of uniformity and predictability to intentionally introduce starter cultures to initiate the fermentation and, in some instances, to perform the complete fermentation process. Most fermented products now are prepared this way in industrialized countries.
The types of microorganisms that carry out food fermentations range from bacteria to molds and yeasts, but by far the most widely used organisms are lactic acid bacteria (LAB) and yeasts (Sacchromyces cerevisiae). Traditional genetic modification methods that have been employed&mdashparticularly for microbial starter cultures&mdashinclude selection, mutagenesis, conjugation, and protoplast fusion, the last of which is analogous to somatic hybridization in plant systems.
Before molecular genetics was developed and applied to LAB, the most widely used genetic modification method was chemical- or ultra-violet-induced mutagenesis, followed by an enrichment or selection process for mutants with superior characteristics.
A second traditional approach, conjugation, relies on natural methods of genetic exchange whereby DNA is transferred from one strain to another. Conjugation can occur between LAB strains as well as between LAB and other bacteria (Steenson and Klaenhammer, 1987). Although the resulting strains could conceivably be labeled as recombinant, the fact that this process can occur naturally circumvents application of the GE organism&rsquos classification.
A less common, but still useful, method has been to use protoplast fusion to facilitate recombination between two strains with superior but unique characteristics, producing a strain that possesses the desired characteristics of both parents. Protoplast fusion was classically used as a mapping method in bacteria and only recently has been used successfully to produce strains of LAB with desired characteristics (Patnaik et al., 2002). It has, however, been successfully used for some time to generate yeast strains that produce a greater number of biochemical substrates for use in the fermentation process (Pina et al., 1986).
Given the number and combinations of desirable traits in starter culture organisms, producers have remained interested in developing improved starter cul-
tures, using essentially two different approaches. The traditional approach has been to identify endogenous strains with desirable traits by conducting many small-scale fermentations. This type of trial-and-error approach is far from practical because, while productive, low throughput is a limiting factor in the success rate.
The second approach is to produce the desired traits in the laboratory using molecular genetic and genetic engineering techniques. With the burgeoning field of genomics and the public availability of hundreds of fully sequenced bacterial genomes, this approach has become highly attractive and efficient and is favored by industry. Its primary advantage is the precision with which starter culture strains can be engineered.
The most common method used to introduce recombinant DNA into microorganisms is transformation, whereby DNA of interest is introduced directly into recipient cells by making them permeable using chemical agents, enzymes, or electroporation. The first method developed for LAB was plasmid protoplast fusion, in which recipient cells are stripped of walls and subsequently fused with polyethylene glycol, trapping the newly introduced DNA between the cells (Kondo and McKay, 1984).
Electroporation was developed for LAB during the late 1980s and employs electrical currents to create pores in the cell envelope, allowing DNA from other sources to enter (Luchansky et al., 1988). This method is probably the most widely used for research due to its simplicity. However, it lacks efficiency in many different species.
Recombinant DNA also can be introduced into LAB using a technique called transduction, in which a bacteriophage is used to move DNA from one strain into another (Bierkland and Holo, 1993). Unlike transformation, transduction can be fraught with problems that cause deletions within the plasmid (known as transductional shortening that are typically of undefined length).
Microbial transformation is usually simpler and more efficient than transformation in higher organisms, and has been in use longer for the development of commercial strains. Academic research also has been able to scrutinize the molecular genetic effects of transformation in microbes to a much greater extent than it has in higher organisms. Principles gleaned from studies of microbes have proven instrumental in understanding analogous events in the molecular genetics of higher organisms.
REFERENCES
Bierkland NK, Holo H. 1993. Transduction of a plasmid carrying the cohesive end region from Lactococcus lactis bacteriophage LC3. Appl Environ Microbiol 59:1966&ndash1968.
The Four Pigments Responsible for Leaf Change
The changing leaf colors you witness each year boil down to a few chemicals in the leaves. Some are pigments, some are by-products produced by the leaf, and other are produced only in the fall. Here are the culprits:
Chlorophyll
The leaves of plants are responsible for absorbing light from the sun to convert it into energy for the plant. While we mostly learn about chlorophyll, there are also other pigments, like the carotinoids we discuss later.
Chlorophyll is green because of the way it absorbs light the pigment absorbs the blue and yellow wavelengths but not the green. The green is reflected back.
Carotenoids
Carotenoids are responsible for the orange you see in carrots and are displayed brilliantly in aspens, maples, and birches.
This is a family of pigments that are almost always present in the leaves. However, they’re rarely in higher quantities than chlorophyll and are thus masked. However, as fall rolls around and the chlorophyll breaks down (and doesn’t get replaced in the leaves), the yellow colors start to appear. We’re finally able to see the colors that were hidden before!
Anthocyanins
Anthocyanins produce the reds and purples that we see in maples, sumacs and dogwoods. Turns out, most anthocyanins are not found in the leaves most of the year. They’re produced in the fall from a reaction with anthocyanidins. While it’s dependent on pH, acidic soils can produce bright red colors.
Tannins
Tannins are waste products, produced in the plants, and often give them a bitter taste. The taste and color of tea for instance has a large part to do with tannins in the tea. The brown color of the water in the amazon, has a lot to do with
Videoyu izle: Bu Bitkiyi Bahçenizde Görürseniz, Sakın Kesmeyin! Nedeni GÖRÜN! (Ağustos 2022).