TECNOLOGIA DEL DNA RICOMBINANTE (o trasformazione genetica)

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1 TECNOLOGIA DEL DNA RICOMBINANTE (o trasformazione genetica) Si ottengono organismi transgenici o geneticamente modificati (OGM) Modificazione mirata (si trasferisce solo il gene oggetto di interesse) Si superano le barriere di incompatibilità sessuale (è possibile trasferire geni tra organismi appartenenti a regni diversi)

2 INCORPORAZIONE GENI ESOGENI # USO VETTORE - Agrobacterium tumefaciens (plasmide Ti) - Agrobacterium rhizogenes (plasmide Ri) - CMV, batteriofagi, virus animali, trasposoni, ecc. # ELETTROPORAZIONE -protoplasti # BIOBALISTICA - micro-proiettili rivestiti con DNA e sparati attraverso il nucleo delle cellule da trasformare ad alta velocità (> 100 m/sec)

3 TRANSGENE (o gene ricombinante o costrutto) sequenze terminali gene di interesse promotore per il gene di interesse (di solito 35S del CMV) gene marcatore promotore del gene marcatore

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5 RISULTATI OTTENUTI MEDIANTE TECNICA DNA RICOMNBINANTE - RESISTENZA VIRUS - pomodoro/tmv (incorporazione gene per la proteina del capside virale) - RESISTENZA ALTRI PATOGENI -riso/xanthomonas oryzae - RESISTENZA ERBICI - tabacco, soja, patata, cavoli, ecc./glifosate, atrazina, ecc. - RESISTENZA INSETTI - mais, tabacco, patata, pomodoro, cotone, ecc./coleotteri, lepidotteri (incorporazione gene per la produzione di una tossina letale per certi insetti) - STERILITA CITOPLASMATICA - tabacco - CARATTERISTICHE QUALITATIVE - colore fiore (petunie rosso mattone, rose blu) - contenuto sostanze nutritive, vaccini, ecc.

6 Piante GM di prima generazione SPECIE CARATTERE TRANSGENICO SPECIE CARATTERE TRANSGENICO Mais Resistenza lepidotteri Tolleranza glifosate Tolleranza glufosinato-ammonio Maschiosterilità Colza Incremento acido laurico Tolleranza glifosate Tolleranza glufosinato-ammonio Maschiosterilità Tolleranza bromossile Degradazione fitati Pomodoro Ritardata marcescenza Ritardata maturazione Bietola Tolleranza glifosate Tolleranza glufosinato-ammonio Resistenza WMV2, CMV, ZYMV Soia Tolleranza glifosate Aumento contenuto acido oleico Lino Tolleranza sulfonilurea Patata Resistenza coleotteri Resistenza virus PVY Melone Ritardata maturazione Cotone Tolleranza bromossile Tolleranza glifosate Tolleranza sulfonilurea Radicchio Maschiosterilità

7 Piante GM di seconda generazione SPECIE Patata, pisello, frumento, mais Bietola, cicoria Colza, girasole Patata, bietola, Tabacco Patata Pioppo, betulla, festuca, tabacco Colza, patata, mais Colza, orzo, mais Lattuga, tabacco Riso Frumento, patata, pomodoro, orzo Erba medica, mais Patata Petunia, viola, crisantemo, limonium CARATTERE Composizione dell amido Composizione degli zuccheri Composizione dell olio Sintesi dei fruttani Sintesi dello xilosio Sintesi del glicogene Sintesi della lignina Sintesi di proteine e amminoacidi Contenuto in fitati Contenuto di nitriti e nitrati Contenuto di β-carotene (provitamina A) Qualità tecnologica Digeribilità foraggio Impiego etanolo Colore e morfologia fiorale

8 Piante GM di TERZA generazione Piante trasformate per la produzione di sostanze utili all uomo (biofabbriche) vaccini componenti del sangue vitamine ormoni enzimi terapeutici cosmetici bioplastiche aromi naturali

9 Diffusione delle colture GM nel mondo

10 LIMITI TECNOLOGIA DNA RICOMBINANTE - Agrobacterium e CMV infettano solo dicotiledoni - adatta per caratteri mendeliani (uno o pochi geni) - resistenze, sintesi proteine di riserva - inadatta per caratteri complessi - resistenza siccità - resistenza alte temperature - fissazione azoto atmosferico (in Klebsiella pneumoniae 17 geni) - controllo espressione genica diverso tra procarioti ed eucarioti - presenza geni complementari - attivazione geni latenti nel genotipo trasformato - rischio diffusione via polline di caratteri in specie selvatiche (resistenze, fissazione azoto atmodferico) - comparsa fenomeni allergici

11 Il ciclo dell Agrobacterium tumefaciens

12 ENZIMI DI RESTRIZIONE Enzimi di origine microbica che tagliano la molecola di DNA in corrispondenza di una precisa seguenza di coppie di basi In riferimento ai due filamenti della molecola di DNA, il taglio può essere: simmetrico o lineare asimmetrico o sfalsato

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14 (O)

15 Attrezzatura per biobalistica (O)

16 TRASFORMAZIONE GENETICA IN PIOPPO (obiettivi nel breve periodo) RESISTENZA INSETTI (Lepidotteri e Coleotteri defogliatori) - endotossine da Bacillus thuringensis - inibitori delle proteasi da riso RESISTENZA A VIRUS - proteina del capside virale da Poplar Mosaic Virus RESISTENZA A FUNGHI - sovraespressione di enzimi chiave per la sintesi di flavonoidi (da petunia) RESISTENZA AD ERBICIDI - sintesi enzimi che disattivano la molecola erbicida - sintesi di enzimi alterati che sfuggono all azione dell erbicida (glifosate)

17 TRASFORMAZIONE GENETICA IN PIOPPO (obiettivi nel lungo periodo) MODIFICAZIONE CARATTERISTICHE LEGNO - aumento/riduzione produzione lignina - modificazioni qualitative della lignina RESISTENZA/TOLLERANZA A SALINITA RESISTENZA/TOLLERANZA A CARENZA IDRICA CARATTERISTICHE FISIOLOGICHE - architettura della pianta - attitudine alla crescita - radicazione - fioritura - risposta a stimoli ormonali