A transzgén és funkciói

Hasonló dokumentumok
Kromoszómák, Gének centromer

Klónozás: tökéletesen egyforma szervezetek csoportjának előállítása, vagyis több genetikailag azonos egyed létrehozása.

TRANSZGÉNIKUS NIKUS. GM gyapot - KÍNA. GM szója - ARGENTÍNA

A géntechnológiát megalapozó felfedezések

GM-fajta előállítása szabadalomvásárlással

Molekuláris biológiai eljárások alkalmazása a GMO analitikában és az élelmiszerbiztonság területén

A transzgénikus (GM) fajták fogyasztásának élelmiszer-biztonsági kockázatai

A géntechnológia kutatási és fejlesztési hiányosságaira visszavezethető veszélyek és kockázatok

A géntechnológia genetikai alapjai (I./3.)

Transzgénikus növények előállítása

Többgénes transzgénikus (GM) fajták előállítása

A szamóca érése során izolált Spiral és Spermidin-szintáz gén jellemzése. Kiss Erzsébet Kovács László

A genetikailag módosított növények termesztésének környezeti kérdései

A gazdasági növények genetikai módosításának tudományos jelentősége és stratégiái

III/3. Gének átvitele vektorokkal

Gelencsér Tímea. Peszticidek alkalmazása helyett ellenálló GMO-k létrehozásának lehetőségei. Készítette: Budapest, 2004

Fehérje expressziós rendszerek. Gyógyszerészi Biotechnológia

NÖVÉNYNEMESÍTÉS. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Rovarrezisztens GM-fajták és termesztésük előnyei, kockázatai

GMO = genetikailag módosított organizmusok. 1. Gének megváltoztatása. Gének megváltoztatása. Pécs Miklós: A biológia alapjai

Transzgénikus hímsterilitás és hibrid-előállítás

Transzgénikus (GM) fajták globális termesztésének eredményei és következményei

Heszky László Transzgénikus növények - az emberiség diadala vagy félelme?

ÉLELMISZERBIZTONSÁG 9.

GENETIKAILAG MÓDOSÍTOTT SZERVEZETEK ALKALMAZÁSÁNAK VÉLT, ÉS/VAGY VALÓS ELŐNYEI ÉS HÁTRÁNYAI

A molekuláris biológia eszközei

I. A sejttől a génekig

A növény inváziójában szerepet játszó bakteriális gének

Géntranszfer technikák

transzláció DNS RNS Fehérje A fehérjék jelenléte nélkülözhetetlen minden sejt számára: enzimek, szerkezeti fehérjék, transzportfehérjék

Cry-génekre alapozott rovarrezisztens génkonstrukciók a világon és az EU-ban

Génmódosítás: bioszféra

Transzgénikus állatok előállítása

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

A transzgénikus (GM) fajták termesztésbiztonsági kockázatai (2): rizikótényezők a technológia egyes fázisaiban

In memoriam. Tisztelt Olvasó! S eldönti, ami nem az

A tudományos napokat elindító Heszky László 70. születésnapjára. A p pl ic. Androgenesis Generation Tissue F7 (n, 2n) Gen

Imidazolinon-toleráns nem transzgénikus(!) fajták előállítása és termesztése

NÖVÉNYNEMESÍTÉS. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Transzgénikus. nikus állatok. Transzgénikus nikus minden olyan állat, melynek genomja emberi közremk bejuttatott DNS-t t tartalmaz.

Gm-fajták előállítása kloroplasztisz transzformációval

A kromoszómák kialakulása előtt a DNS állomány megkettőződik. A két azonos információ tartalmú DNS egymás mellé rendeződik és egy kromoszómát alkot.

GÉNKLÓNOZÁS ÉS GÉNMANIPULÁCIÓ

BMGE, Alkalmazott biokémia, transzgénikus organizmusok, 2009 Transzformációs módszerek

Szakkifejezések III.

Antiszenz hatás és RNS interferencia (a génexpresszió befolyásolásának régi és legújabb lehetőségei)

A preventív vakcináció lényege :

Transzgénikus vírusrezisztencia II. Stratégiák, fajták, előnyök, kockázatok

Gén technológia a mezőgazdaságban

NANOTECHNOLOGIA 6. előadás

Bioinformatika - egészséges környezet, egészséges élelmiszer

A replikáció mechanizmusa

5. Molekuláris biológiai technikák

A nukleinsavak polimer vegyületek. Mint polimerek, monomerekből épülnek fel, melyeket nukleotidoknak nevezünk.

NUKLEINSAVAK. Nukleinsav: az élő szervezetek sejtmagvában és a citoplazmában található, az átöröklésben szerepet játszó, nagy molekulájú anyag

3.3 Gének átvitele vektorokkal

11. évfolyam esti, levelező

In vivo szövetanalízis. Különös tekintettel a biolumineszcens és fluoreszcens képalkotási eljárásokra

RNS-ek. 1. Az ősi RNS Világ: - az élet hajnalán. 2. Egy már ismert RNS Világ: - a fehérjeszintézis ben résztvevő RNS-ek

TÁPLÁLKOZÁSI AKADÉMIA

Egy új, a szimbiotikus gümőfejlődésben szerepet játszó ubiquitin ligáz funkcionális jellemzése

c. Doktori (Ph.D.) értekezés tézisei BUKOVINSZKI ÁGNES Eötvös Loránd Tudományegyetem, Természettudományi Kar Biológia Doktori Iskola

NÖVÉNYVÉDELEM. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

A GMO-k szép új világa (?)

R. W. Allard (1996) Nemesítési haladás

Poligénes v. kantitatív öröklődés

Transzgénikus (GM) fajták termesztésének tapasztalatai az Egyesült Államokban

NÖVÉNYÉLETTAN. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

A nagy termés nyomában. Mezőhegyes, szeptember 11.

Evolúció ma: az antibiotikum rezisztencia a baktériumoknál

Genetika. Tartárgyi adatlap: tantárgy adatai

Pázmány Péter Katolikus Egyetem Jog és Államtudományi Kar. Tahyné Kovács Ágnes:

Nemesítési haladás. Főbb trendek a növénynemesítésben. R. W. Allard (1996) Genetikai elszegényedés és a hasznos gének akkumulációja.

A biotechnológia alapjai A biotechnológia régen és ma. Pomázi Andrea

TDK lehetőségek az MTA TTK Enzimológiai Intézetben

módosított, akkor meg az a baj

Mit tud a genetika. Génterápiás lehetőségek MPS-ben. Dr. Varga Norbert

Géntechnológia a mezőgazdaságban

BIOLÓGIA OSZTÁLYOZÓ VIZSGA ÉS JAVÍTÓVIZSGA KÖVETELMÉNYEK (2016)

Biomassza alapú bioalkohol előállítási technológia fejlesztése metagenomikai eljárással

Precíziós nemesítés Kulcs az agrárinnovációhoz Szerkesztők: Balázs Ervin és Dudits Dénes Agroinform Kiadó és Nyomda Kft., Budapest, 2017.

RNS SZINTÉZIS ÉS ÉRÉS

Új genetikai stratégia kidolgozása az Arabidopsis stressz válaszát szabályzó gének azonosítására

1.ábra Az intront tartalmazó génkonstrukció felépítése.

NÖVÉNYGENETIKA. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

A genetikai módosítás növényekben, jelenlegi helyzet, vizsgálati módszerek

ÁLLATGYÓGYÁSZATI IMMUNOLÓGIAI GYÓGYSZEREK ELŐÁLLÍTÁSÁRA SZÁNT ÁLLATI EREDETŰ ANYAGOK

Johann Gregor Mendel Az olmüci (Olomouc) és bécsi egyetem diákja Brünni ágostonrendi apát (nem szovjet tudós) Tudatos és nagyon alapos kutat

AZ ÉLET KÉMIÁJA... ÉLŐ ANYAG SZERVEZETI ALAPEGYSÉGE

A BIZOTTSÁG 2009/120/EK IRÁNYELVE

13. RNS szintézis és splicing

12. évfolyam esti, levelező

4.4 BIOPESZTICIDEK. A biopeszticidekről. Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai

O I A GMO-növényekről tárgyilagosan

A tananyag felépítése: A BIOLÓGIA ALAPJAI. I. Prokarióták és eukarióták. Az eukarióta sejt. Pécs Miklós: A biológia alapjai

Biológus MSc. Molekuláris biológiai alapismeretek

A glufozinát-toleráns transzgénikus (GM) fajták előállítása és termesztése

12/4/2014. Genetika 7-8 ea. DNS szerkezete, replikáció és a rekombináció Hershey & Chase 1953!!!

6. Növényi biotechnológia

NÖVÉNYNEMESÍTÉS. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Átírás:

2011. január BIOTECHNOLÓGIA Rova tvezető: Dr. Heszky László akadémikus A II./1. részben (A géntechnológiát megalapozó felfedezések) azokat a Nobel-díjas eredményeket (genetikai kód, génreguláció, DNS szekvenálás, restrikciós enzimek, rekombináns DNS-, PCR-technika) foglaltuk össze, melyek lehetővé tették a géntechnológia kidolgozását a 20. század végére. Lehetővé vált többek között a gént alkotó elemek kivágása különböző fajokból, és új kombinációban való összekapcsolása, majd ennek az új génkonstrukciónak (transzgén) felszaporítása olyan kópiaszámra, mely már lehetővé tette átvitelüket (géntranszfer) egyik élőből a másikba. Tehát már minden adott volt, hogy a gének új kombinációinak kialakítását molekuláris szinten, a termesztett növényekre és tenyésztett állatokra is kiterjeszthessük. Végeredményben elérkeztünk a növényi géntechnológiához. A II. fejezet következő részeiben a GM-növények és -fajták előállításának, a növényi géntechnológiának a technikáit ismertetjük Tanuljunk géntechnológiául (7.) A géntechnológia elméleti és módszertani alapjai (II./2.) A transzgén és funkciói Dr. Heszky László SzIE Mezőgazdaság- és Környezettudományi Kar, Genetika és Biotechnológiai Intézet, Gödöllő A növényi géntechnológia főbb lépései Az I. fejezet 1-5. részében írtakból nyilvánvaló, hogy az emberiség a 20. század végére megismerte a Földön élő szervezetek működésének programját (a földi élet információját), és képessé vált annak módosítására. A géntechnológia (genetikai mérnökség, génmérnökség) egy földi élő (mikroorganizmus, növény, állat) genetikai programjának újrakombinálását jelenti úgy, hogy egy másik földi élőből a géntranszfer módszerével olyan új információt hordozó gént (DNS-szakaszt) juttatunk be, mely információval addig nem rendelkezett. Az előzőek alapján a növényi géntechnológia egy növény genetikai programjának újrakombinálását (módosítását) jelenti úgy, hogy egy másik földi élőből a géntranszfer módszerével olyan új információt (tulajdonságot) hordozó gént juttatunk be, mellyel addig nem rendelkezett. A növényi géntechnológia (növényi genetikai mérnökség, növényi génmérnökség) mint folyamat (1. ábra), magábafoglalja a gének izolálását, felszaporítását (klónozását), vektorba építését és molekuláris átvitelét (géntranszfer) egyik élőből a másikba, végül az átvitt gén integrálódását, működését és öröklődését. Az így előállított növényeket nevezzük transzgénikus géntechnológiával módosított (GM-), röviden transzgénikus növényeknek. Sajnos mind a hazai, mind a nemzetközi gyakorlatban hibásan a genetikailag módosított növények kifejezés terjedt el. Ez azért helytelen, mert a hagyományos nemesítési módszerek is (pl. két növény ivaros keresztezése), genetikailag módosított utódot eredményeznek. Transzgénikus és ciszgénikus növények A géntechnológiával módosított (GM-) növények, illetve a GM-fajták abban különböznek a hagyományos növényektől és fajtáktól, hogy minden sejtjükben a géntechnológia módszerével bejuttatott gént/géneket tartalmaznak, és arról a GM-növény szöveteinek, szerveinek sejtjeiben új vagy módosított fehérjék/enzimfehérjék termelődnek. Attól függően, hogy az átvitt gén milyen élőből származott, beszélhetünk transzgénről és ciszgénről, valamint transzgénikus és ciszgénikus növényekről, fajtákról. 90

A transzgénikus (GM-) növény előállításának fontosabb lépései, eredeti (originális) fejlesztés esetén 1. ábra Transzgénikus az a növény vagy fajta, amely géntechnológia módszerével bejuttatott, rendszertanilag távoli fajokból származó (szexuális keresztezéssel nem átvihető!) gént/ géneket (ún. transzgént) tartalmaz. Transzgén: olyan expressziós vektor, melynek minden eleme vagy egyes elemei rendszertanilag távoli (szexuálisan nem kereszteződő) fajból/fajokból származnak. Ciszgénikus az a növény vagy fajta, mely a géntechnológia módszerével bejuttatott, azonos fajból vagy rokonfajokból származó (szexuális keresztezéssel is átvihető!) gént/géneket (ún. ciszgént) tartalmaz. Ciszgén: olyan expressziós vektor, melynek minden eleme azonos fajból, vagy szexuálisan kereszteződő rokonfajból/fajokból származik. 1. A transzgén milyen elemekből áll és mi a funkciója? 2. Hogyan lehet a transzgént bejuttatni a növénybe? 3. Hogyan lehet transzgénikus növényt/fajtát előállítani? A jelenlegi (II./2.) és a következő II./3. és II./4. részekben ezekre, és ezekhez kapcsolódó, további kérdésre próbáljuk megadni a választ. Nézzük az első kérdést. A transzgén milyen elemekből áll és azoknak milyen funkciójuk van? A természetes gén A sorozat 2. részében (lásd: Agrofórum, 2010. augusztus) a természetes (vad típusú) génekkel és 2. ábra A természetes (vad-típusú) gén és a transzgén felépítése. (Részletes magyarázat a szövegben.) Ciszgénikus növények előállításával a különböző laborok azért foglalkoznak, mert az így előállított ciszgénikus fajták nem tekinthetők transzgénikus növényeknek, ezért kikerülnének a transzgénikus fajtákra kidolgozott géntechnológiai törvény hatálya alól. Mivel a köztudatban a transzgén és a transz génikus kifejezések terjedtek el, a továbbiakban ezeket használjuk. Az előbb közöltek három alapvető kérdést vetnek fel: 91

2011. január 3. ábra Az Agrobacterium tumefaciens tumor indukáló (Ti) plazmidja molekuláris átalakításával létrehozott expressziós vektor. A vektor DNS-ből, a baloldali és jobboldali határszekvenciák közötti rész (T-régió) épül be a növényi sejtmag DNS-ébe. A T-régióban két gén, a szelektálható markergén (promóter, herbicid /Finále/ rezisztencia gén és terminátor), valamint a gazdaságilag jelentős gén (promóter, kívánt tulajdonság génje és terminátor) helyei jelölve vannak. A nyilak a DNS-ről az RNS-re történő átírás irányát jelzik. (co-integrated plasmid, www.patentlens.net) A transzgén felépítése A transzgénnek (expressziós vektor) nevezzük a géntechnológiával előállított és a géntranszfer valamelyik technikájával a célsejtbe juttatott programcsomagot. Az első szembetűnő eltérés a vad típusú génhez képest az, hogy a transzgén nem egy, hanem két génből áll (2. ábra), a gazdaságilag jelentős tulajdonságot kódoló génből és a szelektálható markergénből. Szakmai körökben a transzgént ezért is nevezik expressziós vektornak, expressziós kazettának, transzformációs vektornak stb. Sokan a transzgént leegyszerűsítve csak bevagy átvitt DNS -nek, átvitt, bejuttatott vagy beépített génnek nevezik. A vektor kifejezés egyben azt is jelzi, hogy a transzgén mint programcsomag, egy zárt gyűrű alakú DNS-be (plazmidba) van építve, mely leggyakrabban az funkciójukkal foglalkoztunk. Abból a célból, hogy a transzgénnel kapcsolatos ismeretek könnyebben legyenek érthetők, röviden összefoglalom a természetes génnel kapcsolatban írtakat. A gének a DNS-információt hordozó szakaszai, melyekben a 4 betű (ATCG) néhány ezerszer vagy százezerszer ismétlődik (lásd: Agrofórum, 2010. augusztus, 2. rész, 2. ábra). A gének önálló programcsomagként működnek, egy vagy több fehérje kódját és annak működtetéséhez szükséges szabályozó elemeket (promóter, terminátor, célbajuttató szakasz stb.) tartalmaznak (2. ábra). Számuk mind az emberben, mind a kultúrnövényekben és a tenyésztett állatokban 20-30 ezer között változik. A gének nem magukat a tulajdonságokat, hanem különböző struktúr-, szabályozó- és enzimfehérjéket kódolnak. A gének ezért a sejtekben (szövetben, szervben, végül is az egyedben) lezajló anyagcserefolyamatok szabályozásán keresztül közvetve határozzák meg az állatok vagy növények külső és belső tulajdonságait (növekedését, fejlődését, anyagcsere folyamatait, védekezési mechanizmusait, viselkedését, intelligenciáját, betegségeit stb.). 4. ábra A transzgén (expressziós vektor) előállítása. A transzgén egyes génjeinek, illetve a gének egyes elemeinek információját kódoló DNS-fragmentumokat egy megfelelő plazmidba (gyűrű alakú DNS-molekula) építik be. Mind a plazmid DNS-t, mind a fragmentum DNS-t ugyan azzal a restrikciós enzimmel kell hasítani (EcoRI). A felhasított plazmid és a transzgén egyes elemeit kódoló fragmentumok végein az egyszálú szakaszok (tapadós végek) komplementerek, ezért automatikusan összekapcsolódnak. Az egyszálú végeken a foszfodiészter kötés kialakítása a ligáz enzimmel történik. (www.liveness.org) 92

5. ábra A transzgén fontosabb elemei bármilyen földi élőből származhatnak. Egyetlen kritérium, hogy a növényben működő promóterhez kell kapcsolni. Ebben az esetben a növény sejtjei realizálják a transzgénben kódolt fehérjét/fehérjéket, függetlenül azok származásától. A szintetikus gének is természetes gén (általában baktérium) eredetűek. Számítógépes tervezéssel olyan szekvencia-módosításokat hajtottak végre (kodon optimalizálás), melyek a jobb működést segítik elő a növényi sejtekben. Agrobacterium tumefaciens tumort indukáló (Ti) plazmidjának valamelyik módosított változata (3. ábra). A transzgén felépítésében nem különbözik a vad típusú géntől (2. ábra). A három legfontosabb elem, amit minden esetben tartalmaznia kell, az a promóter, a gazdaságilag jelentős tulajdonság génje, pontosabban azt meghatározó fehérjét/ enzimfehérjét kódoló DNS-szakasz, és a terminátor. E három elemen kívül a transzgén tartalmazhat még intront, célbajuttató peptidek kódjait, sőt egy újabb gént, a riportergént is. A markergén is három elemből, a promóterből, a herbicid- vagy antibiotikum-rezisztenciát kódoló DNSszakaszból és a terminátorból áll. Jogosan merülhet fel az a kérdés, hogyan lehet ezeket külön izolálni és összekapcsolni egy plazmidban úgy, hogy végül egységes programcsomagként működjön. A 3. ábra Ti plazmidra alapozott expressziós vektort ábrázolja. Az Agrobacterium tumefaciens természetes génsebészként képes a saját információjának egy részét a növényi sejtekbe bejutatni és a sejtekkel az információnak megfelelő molekulákat termeltetni. Részletesen lásd a következő, II./3. részben. A 4. ábra tartalmazza azt a folyamatot, ahogyan különböző fajok genomjából az egyes transzgén elemek kivágásra, majd beépítésre kerülnek a plazmidba. Ez a molekuláris technika, az előző részben (Agrofórum, 2010. december, II./1.), az 1. és 2. ábrákon bemutatott a restrikciós endonukleázokkal kapcsolatos Nobel-díjas eredmények gyakorlati alkalmazását jelenti a kultúrnövényeken. A transzgén elemeinek származása A második nagy eltérést az jelenti, hogy a transzgén minden egyes eleme bármilyen földi élőből származhat (5. ábra). Egyedül a promóter esetében van kivétel, mert az csak olyan lehet, ami a növényi sejtben képes működni. Tehát bármilyen távoli élőből származhat a gazdaságilag jelentős gén, a markergén, a riportergén, az intron, a célbajuttató szakasz és a terminátor. Ugyanis ha ezek elé a növényben működő promótert kapcsolunk, a növényi sejt a promóter típusának megfelelően realizálni fogja a mögéje kapcsolt DNS-szakaszokban kódolt információt. Az intron és a célbajuttató szakasz nem származhat prokariótából, mert azok ilyen szekvenciákkal nem rendelkeznek. Az emberből vagy vírusokból származó gének működtetése növényekben megdöbbentő lehet kívülállók számára, de a biotechnológusoknak természetes, mert a földi élőkben/vírusokban, baktériumokban, gombákban, állatokban, rovarokban és az emberben az információ ugyanabban a molekulában (DNS) van kódolva, az építőelemek ugyanazok (A,T,G,C), a kód is azonos (1 triplet = 1 aminosav). A vírusok kivételével az információ sejt által történő realizálásának folyamata, az átírás (transzkripció) és az átfordítás (transzláció) is azonos. Végeredményben a rendszertanilag távoli élőlények között molekuláris szempontból sokkal kisebb a különbség, mint pl. azt a külső megjelenésük alapján gondolnánk. Az 5. ábrán látható szintetikus gén részletes bemutatására a rovarrezisztens transzgénikus növényeknél kerül sor. A növénybe építendő transzgén tehát rendszertanilag távoli élőkből származó elemeket is tartalmazhat (5. ábra), olyanokat, mellyel a befogadó faj nem képes ivaros úton kereszteződni (pl. növény és ember, növény és baktérium stb.) A későbbi részekben, az egyes köztermesztésben lévő GM-növények bemutatásakor feltüntetjük az alkalmazott transzgén egyes elemeinek származását is. Előzetesen annyit elárulhatunk, hogy a köztermesztésben lévő GM-fajtákban és -hibridekben a növényi eredetű elemek aránya nem éri el az 50 %-ot. A transzgén főbb részei Promóter Rendkívül fontos része a transzgénnek, mert ez a DNS-szakasz határozza meg, hogy a mögéje kapcsolt információról a növény milyen fejlődési stádiumában, melyik szövetében vagy szervében működjön a gén, tehát történjen átírás. Az átírás azt jelenti ebben az esetben, hogy a promóter bekapcsolja a gént és a gén elkezd működ- 93

2011. január ni (lásd: Agrofórum, 2010. szeptember, I./3. rész). A génműködés során a kódoló részről átíródik a mrns, majd a mrns-ről a citoplazmában szintetizálódik a gazdaságilag jelentős tulajdonságot közvetlenül, vagy közvetve meghatározó fehérje/ enzimfehérje. A promóternek különböző típusai vannak, melyeket a természetes génnél a sorozat 2. részének 3. ábráján már bemutattunk (lásd: Agrofórum, 2010. augusztus). Sajnos a köztermesztésben lévő rovarrezisztens GM-kukoricahibridekben, minden gén előtt folyamatosan működő promóterek vannak, ezért például a cry-fehérjét (toxin) a rovarrezisztens GM-kukorica minden része (gyökér, szár, levél cső, mag címer, pollen stb.) termeli. A génmérnöki megoldást az jelentette volna, ha a molyrezisztens GM-hibridekben csak a szárban működő promótert, a bogárrezisztens GM-hibridekben pedig csak a gyökérben működő promótert használtak volna a cégek. Szövet- és szervspecifikus promóterek használata esetén a GMkukorica sokkal kevesebb toxint termelne, és a magtermés pedig nem tartalmazna toxint. Ezzel pedig sok élelmiszer-biztonsági probléma elkerülhető lett volna (1. kép). Gazdaságilag jelentős gén 1. kép A szelektálható marker gén a Finale herbiciddel szemben biztosít rezisztenciát a GM-növénynek. A herbicides oldatban csíráztatott GM-magvakból fejlődő növények rezisztensek, ezért zöldek maradnak (balra). A hagyományos fajtából hiányzik a marker rezisztencia gén, ezért a jobboldali Petri-csészében a csíranövények kifehérednek és elpusztulnak. (Pauk János felvétele, Gabona Kutató Kft., Szeged) Génnek hívjuk ezt a szakaszt, de ez önmagában nem egy igazi gén, mert csak a gazdaságilag értékes tulajdonságért felelős fehérje kódját tartalmazza. Az 5. ábrán látható hogy ez a transzgén elem, a terminátorhoz hasonlóan bármilyen élőből származhat. Egy kritérium van csak, hogy eléje növényben működő promótert kell kapcsolni. Nagyon fontos azonban hangsúlyozni, hogy az a tény, hogy a GMnövények távoli élők információját is hordozzák, nem változtatják meg a GM-növények szaporodását, tehát csak a fajba tartozó növényekkel, illetve rokonfajok egyedeivel képesek utódot létrehozni. Fontos továbbá, hogy a géntechnológusok jelenleg még az evolúció során keletkezett természetes génekkel dolgoznak és még nem saját tervezésűekkel. A gazdaságilag jelentős gének részletes bemutatására későbbi részekben, a fontosabb GM-növények tárgyalásánál kerül sor. Intron Az intronok, az eukarióta (növények, állatok) génjeiben található, nem kódoló DNS-szakaszok, melyek a gén átírása során kivágódnak a szintetizálódó mrns-ből. A lényeg az, hogy a prokarióták (mikroorganizmusok) génjeiből hiányoznak. Annak, hogy a transzgénbe intront is beépítenek, egyik célja az, hogy a transzgén információját a prokarióták ne tudják realizálni, másik célja pedig, hogy velük a növényi promóterek aktivitását növeljék. Célbajuttató szekvenciák A célbajuttató szekvenciák rövid 20-40 aminosavat tartalmazó peptidek kódját tartalmazzák. Mindig közvetlenül a gazdaságilag jelentős gén szekvenciái elé építik be. Szerepük az eukarióta sejtekben a gazdaságilag jelentős gén fehérje termékének sejten belüli célba juttatása. A gének közel 99,99 %-a (lásd I./3. részben, Agrofórum, 2010. szeptember) a sejtmagban helyezkedik el. Fehérje terméküknek viszont sok esetben nem a citoplazmában, hanem a sejt különböző sejt szervecskéiben/organel lumaiban (kloro plasztisz, mitokon drium, amiloplaszt stb.) kell működnie. A célbajuttató peptidek a gazdaságilag jelentős fehérjékkel együtt szintetizálódnak, és képesek a speciális membránokat (kloroplasztisz, mitokondrium, vakuólum stb.) felismerni és azokhoz kapcsolódni, ezzel a velük együtt szintetizálódott gazdaságilag jelentős fehérjét célba juttatni (lásd I./4. rész, Agrofórum, 2010. október). Különös jelentőséggel bírnak a 3. generációs transzgénikus növényekben, ahol a GM-növény sejtjei által termelt, nagymennyiségű gyógyszeripari fehérjék (pl. szérum albumin, vakcinák stb.) a célbajuttató szekvenciákkal a vakuólumba, vagy a sejtközötti járatokba irányíthatók és ezzel megakadályozható, hogy nagy koncentrációjuk miatt, a sejt számára toxikussá váljanak. Szelektálható markergének A markergének valamilyen rezisztenciagénnel (antibiotikum, herbicid), továbbá saját promóterrel és terminátorral rendelkeznek (2. ábra). A szelektálható markergének a növényi géntechnológia első két évtizedében általában antibiotikum rezisztenciagének voltak (pl. kanamicin rezisztenciagén NPTII gén, higromicin rezisztenciagén). Mivel a környezetvédők részéről 94

6. ábra GUS (béta glükoronidáz) riporter gént és antibiotikum rezisztencia gént (kanamicin markergén) tartalmazó transzgén (expressziós vektor). A plazmid DNS-en jelölve vannak a génsebészek szikéinek nevezett restrikciós endonukleázok (BamHI, BgIII, HindIII, SaaI, EcoRI, NotI. stb.) hasító helyei, ahová a transzgén egyes elemei pl. a GUS (riporter gén), Tnos (nopalin szintáz terminátor), Pnos (nopalin szintáz promóter), KanR ( kanamicin antibiotikum rezisztencia gén stb.) beépíthetők. A beépítés lépései az 4. ábrán láthatók. A nyilak a DNS-ről az RNS-re való átírás irányát jelzik.(www.markergene.com) nagyon sok kifogás merült fel a veszélyességükkel kapcsolatban, az EU úgy döntött, hogy 2006-tól már nem engedélyezi használatukat. Ettől függetlenül egy antibiotikum rezisztenciagént tartalmazó GM-burgonya (Amflora) köztermesztésbe kerülését engedélyezték 2010-ben (lásd: Agrofórum, 2010. április). Ennek az volt az oka, hogy a BASF cég a fajta termesztési engedély kérelmét, már a 2000-es évek elején beadta az EU-ba, tehát rá nem vonatkoztatható a később hozott jogszabály. Jelenleg a totális herbiciddel szembeni rezisztenciát biztosító géneket használják szelektálható markergénként. A köztermesztésben lévő rovarrezisztens GM-növények mindegyike markergénként a PAT gént (foszfinotricin-acetiltranszferáz) tartalmazza, ami a Bayer CropScience cégnek a glüfozinát-ammónium alapú, és FINALE néven forgalmazott gyomirtó szerével szemben ad védettséget. A herbicid-rezisztens GMnövények tárgyalásakor még viszszatérünk a PAT génre. A markergének kiválóan használhatók a géntranszfert követően a sikeres transzformáció bizonyítására, a nem transzformáns sejtek és növények kiszelektálására (1. ábra). Ez utóbbi sejtek mivel nem tartalmazzák a transzgént, nem tartalmazzák a markergént sem, ezért a táptalajba adagolt herbicidre érzékenyek, elpusztulnak. A B C 2. kép A GUS riporter gén által kódolt enzim kékszínűre festi azokat a sejteket, melyekben az adott promóter a gént bekapcsolja. A: a konstitutív promóter folyamatosan működteti a gént a GM-növény minden szövetének és szervének sejtjeiben a növény egész élete alatt. A növény minden része ezért megkékül, B: a portok specifikus promóter a gént csak a portok falában lévő tapétum szövet sejtjeiben működteti. A GM-repce virágrészek közül ezért csak a portokok kékek, C: merisztéma specifikus promóter, csak az osztódó merisztéma sejtekben kapcsolja be a gént. A GM-növény rügyének szomatikus szövetei közül ezért csak a csúcsmerisztéma sejtjei festődnek kékre. (DUCHEFA Catalogue 2003-2005 nyomán) 95

A sikerrel transzformált, ezért a markergént is tartalmazó transzgénikus sejtek és növények viszont túlélik a herbicides kezelést. A lényeg viszont az, hogy ha a markergén jelen van a sejtben és a növényben, akkor a hozzá kapcsolt gazdaságilag jelentős génnek is ott kell lennie. Tehát a hasznos gén jelenléte a markergénnel viszonylag könnyen, a géntranszfert követő napokban, vagy hetekben már bizonyítható. Később, a termés, az import áru vagy vásárolt vetőmag stb. tesztelésekor is jól használható a GMOszemek (GMO-szennyezettség) arányának kimutatására. Ebben az esetben, a vizsgálandó áruból vett magmintát herbicides oldatban kell csíráztatni. A hagyományos magból kelt csíranövények kifehérednek és elpusztulnak, a transzgénikusak viszont zöldek maradnak, mert rezisztensek, tehát tartalmazzák a rezisztencia gént, azaz GMO-k (1. kép). Riportergének A szkrínelhető markergéneket a gyakorlatban riportergéneknek nevezik, mert velük a gén működése a növényben vizualizálható. Ezek is önálló gének promóterrel és terminátorral (6. ábra). A vizualizációt a riportergének által kódolt speciális enzimfehérjék működése teszi lehetővé. Ezek közül legismertebbek, a GUS, gfp és a luciferáz gének. A GUS-gén a béta-glükoronidáz enzimet kódolja, ami a bétaglukoronidokat hidrolizálja. Az X-gluc -nak nevezett glükoronid hidrolízise során oldhatatlan indigókék festék keletkezik. Felhasználásával a különböző promóterek általános vagy specifikus működése kiválóan vizsgálható. Azok a szervek, szövetek vagy sejtek, melyekben a GUS-gén működik, kék színűre festődnek (2. kép). A GFP-gén a zöld fluoreszcens medúza eredetű fehérjét kódolja, mely ultraibolya fényben zölden 2011. január fluoreszkál. A transzgén jelenlétét és működését a sejtek, szövetek vagy szervek zöld fluoreszcenciája bizonyítja. A luc/lux gének különböző élőkből származnak és a luciferáz enzimet kódolják, mely a luciferinadenilátot oxidálja. Az oxidációt sárgászöld fénykibocsátás (biolumineszcenciát) kíséri. Egy észak-amerikai szentjánosbogár fajból izolált luciferáz génnel állították elő 1986-ban, akkor nagy szenzációt kiváltó világító dohány növényt. A következő részben a második kérdésre Hogyan lehet a transzgént bejuttatni a növénybe? kívánunk válaszolni. Azokat a technikákat (géntranszfer) ismertetjük, melyek lehetővé teszik a transzgén bejuttatását a növénybe, pontosabban a növények sejtjeibe. Bemutatunk egy természetes génsebészt is, ami már évmilliók óta alkalmazza a géntechnológiát, a saját céljainak elérésére. MEGRENDELŐLAP Megrendelem a 2011-ben megjelenő számokat folyamatosan lemondásig... példányban. Ára 7980,- Ft (külföldről 80 euró, vagy 20.000,- Ft), amely magában foglalja az áfá-t és postaköltséget. Megrendelő neve:... Tel.: +36 Cím:... helység,...u....hsz. A számla címzetje:... Tel.: +36 Cím:... helység,...u....hsz. 2010.... hó...nap aláírás, bélyegző Címünk: Mezőföldi Agrofórum Kft. 7101 Szekszárd 1. Pf.: 189. Terjesztés Olvasószolgálat: Füzesi Zoltánné email: fuzesine@t-online.hu Mobil: 30-9577-275, Tel/Fax: 74-414-376, Tel./üzenetrögzítő: 74-511-111 96