1. Įvadas • Biotechnologijos apibrėžimas. • Biotechnologijos samprata. • Biotechnologijos kryptys miškų ūkyje. • Biotechnologijos perspektyvos miškų ūkyje. LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS Darius Danusevičius Biotechnologijos apibrėžimas • Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas technologijoms.
Download ReportTranscript 1. Įvadas • Biotechnologijos apibrėžimas. • Biotechnologijos samprata. • Biotechnologijos kryptys miškų ūkyje. • Biotechnologijos perspektyvos miškų ūkyje. LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS Darius Danusevičius Biotechnologijos apibrėžimas • Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas technologijoms.
Slide 1
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 2
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 3
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 4
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 5
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 6
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 7
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 8
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 9
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 10
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 11
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 12
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 13
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 2
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 3
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 4
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 5
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 6
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 7
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 8
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 9
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 10
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 11
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 12
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Slide 13
1. Įvadas
• Biotechnologijos apibrėžimas.
• Biotechnologijos samprata.
• Biotechnologijos kryptys miškų
ūkyje.
• Biotechnologijos perspektyvos
miškų ūkyje.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos apibrėžimas
•
Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas
technologijoms kurti (FAO 2004).
•
Miško medžių biotechnologija apima tokias
pagrindines sritis:
1. Genomika.
2. Genetinė inžinerija.
3. Genetinės įvairovės tyrimai.
4. Mikrodauginimas.
5. Mikorizacija.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
FAO apžvalga
“Biotechnologija miškų ūkyje”
Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo
apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija
miškų ūkyje)
Ataskaitoje žymiausi miško
biotechnologijos
specialistai apžvelgė ir
reziumavo biotechnologijų
vystymo tendencijas
kryptys miškų ūkyje
FAO ataskaitą galima rasti
internete:
http://www.fao.org/docrep/0
08/ae574e/ae574e00.htm
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (1)
Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų
kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais.
Genomika:
genų
identifikacija
Tradiciniai
tyrimai
Genetinė
įvairovė: genų
įvairovės
nustatymas
Mikrodauginimas:
genotipų kopijų
gamyba
Genų
inžinerija:
genų
modifikacija ir
perkėlimas
M edvilnės daigas be
B t geno (pakenktas
kenkėjų)
Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus
tomentosa atspari lapų graužikams
M edvilnės daigas
su B t genu
(sveikas)
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijos samprata (2)
Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR
molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų
grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą.
Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino
sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima
dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti
jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas
medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės
gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės.
Pinus
1
2
Lignino genas
medienos
ląstelės
3
DNR
DNR
RNR
Lignino geno
iRNR
DNR
DNR
Naujo geno
iRNR
Naujas genas
Dviejų
grandinių
iRNR
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genomika?
Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus
(genomo tyrimai).
Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį
dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR
technologijoms ir bioinformatikai.
Genomikos tyrimų pavydžiai
Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje,
audiniuose išreikštų genų nustatymas
Molekulinių žymenų paieška:
požymio ir žymens sąsajos
nustatymas
Žymuo, susijęs
su QTL
Genomų sekvenavimas: DNR
nukleotidų sekų nustatymas ir genų
paieška pagal tipines genui amino
rūgštis
A
QTL geno vieta
chromosomoje
Genome- the complete set of genetic information of an organism
including DNA and RNA.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Genomų dydis
Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of
genomics. Prentice Hall, 400 p.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinė inžinerija?
Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai
dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų
perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų
ir procesų modifikacijai (FAO 2004).
•Pagrindiniai etapai:
•Geno izoliavimas ir įterpimas į
bakterijos plazmidę.
•Transformuotų bakterijų
identifikacija.
•Įterpimas į augalo audinius.
•Netransformuotų audinių
identifikacija.
•Vegetatyvinis dauginimas.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra genetinės įvairovės
tyrimai?
Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir
dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame
lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis.
Figure 3: Geographic distribution of
cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03)
and 116/100/143 (Haplo04, allele size at
the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt
71936, respectively) across the Norway
spruce natural range. Circles representing
the populations are proportional to the
relative within-stand haplotype frequency
(from Vendramin et al., 2000).
Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis
reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikrodauginimas?
Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje
aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų
genezė (FAO 2004).
Definicijos
Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir
struktūras.
Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas:
augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso,
meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje
maitinimo terpėje) ląstelių.
Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas
organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas
organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra
organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų
kompleksas).
Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių
laboratorijoje.
In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje
(laboratorijoje).
Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės
produkuojančios naujus audinius.
Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš
neapvaisintos kiaušidės audinių
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Kas yra mikorizacija
Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas
mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą..
Mikorizė - abipusiškai
naudinga augalų šaknų
simbiozė su grybais; augalai
iš grybų gauna tirpių azoto
junginių ir fiziologiškai aktyvių
medžiagų, o grybai iš augalų
– angliavandenių, vitaminų.
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Perspektyvos miškų ūkyje
Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas
pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai
želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys.
1.
•
•
•
•
•
Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir
genetiškai modifikuotų medžių (GMM)
sukūrimas.
GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir =
donoriniai klonai.
Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas =
sodmenys
Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai
miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė,
ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių
išdėstymas)
Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra)
Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes
lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali
neturėti modifikuotų genų) .
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius
Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės
gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos
technologijos institute, JAV
LIETUVOS MIŠKŲ INSTITUTAS
Darius Danusevičius