'

Сельскохозяйственная биотехнология как основа повышения урожайности растений и продуктивности животных и птиц

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Сельскохозяйственная биотехнология как основа повышения урожайности растений и продуктивности животных и птиц 1 1


Слайд 1

Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. М.: Мир.- 2000. 2. Завертяев Б. П. Биотехнология в воспроизводстве и селекции крупного рогатого скота.- Л.: «Агропром- издат», 1989. 3. Готтфрид Брем и др. Экспериментальная генетика в животноводстве.- М.: Россельхозакадемия, 1995. 4. Семенова М.Л. Зачем нужны трансгенные животные //Соровсовский образовательный журнал.- Т. 7.- № 4.- 2001. 5. Шевелуха В.С. Сельскохозяйственная биотехнология.- М.: Высшая школа, 2008. Литература 2


Слайд 2

Сельскохозяйственная биотехнология Фитобиотехнология Зообиотехнология Ветеринарная биотехнология Биотехнология в кормовой промышленности Биотехнология переработки с.-х. отходов 3


Слайд 3

Фитобиотехнология – использование биотехнологических методов в растениеводстве 4


Слайд 4

Этапы развития фитобиотехнологии: I период – 1892-1922 гг. нем. Фехтинг, Рехингер и Габерландт – первые попытки выращивания каллусной ткани; выдвинута теория полярности органов растений и отдельных клеток; теория о тотипотентности растительных клеток. 5


Слайд 5

II период – 1922-1939 гг. – Уайт, Готре и др. продемонстрирована способность к неограниченному росту in vitro изолированных растительных клеток; совершенствование питательных сред 6


Слайд 6

III период – 1940 – 1960 гг. –изучено значение микро-и макроэлементов для поддержания нормальной ростовой активности растительной ткани; выявлена потребность в витаминах и стимуляторах роста; открыт класс фитогормонов – цитокинины. 7


Слайд 7

IV период – 1960 -1975 гг. – предложен метод получения изолированных протопластов путем обработки растительных клеток смесью пектолитических и целлюлолитических ферментов, а так же найдены условия их культивирования, при которых они образуют новую клеточную стенку, делятся и дают начало новым клеточным линиям; разработан метод гибридизации соматических клеток при обработке полиэтиленгликолем (ПЭГ) и введением в них вирусных РНК, клеточных органелл, клеток бактерий; 8


Слайд 8

V период – с 1976 г – разработан метод электрослияния изолированных протопластов и методы селекции гибридных клеток, разработан способ переноса генов для двудольных растений на основе Ti- плазмиды Agrobacterium tumefaciens, предложен метод биобаллистической трансформации 9


Слайд 9

Направления генетической модификации растений: Получение с/х культур с более высокой урожайностью; Получение с/х культур, дающих несколько урожаев в год; Создание сортов с/х культур, токсичных для некоторых видов вредителей (картофель, листья которого содержат протоксин для колорадского жука); 10


Слайд 10

Создание с/х культур, устойчивых к неблагоприятным климатическим условиям (трансгенные растения, устойчивые к засухе – несут ген скорпиона); Создание сортов растений, способных синтезировать белки животного происхождения ( табак, синтезирующий лактоферрин человека). 11


Слайд 11

Этапы получения трансгенных растений: Выбор гена и его клонирование –определяется необходимостью передачи растению определенного хозяйственно-полезного признака (большинство генов выделены из бактериальных геномов, диких видов растений, реже из геномов насекомых или животных); Подбор генотипа растения-реципиента. В идеале подбирают растения, имеющие только одно отрицательное свойство (слабая устойчивость к засухе) ; 12


Слайд 12

Введение гена и его экспрессия в геноме растения-реципиента. Для введения гена применяют трансформацию с помощью векторов, а также методы прямого переноса генов в геном растительных клеток. Регенерация трансформированных растительных клеток и отбор трансгенных растений. Зависит от тотипотентности клеток – способность регенерации фертильного растения (способного завязывать семена) из недифференцированных соматических клеток. Тотипотентность наиболее выражена у двудольных растений(картофель, свекла, рапс, томаты, морковь, капуста) , у однодольных (рис, кукуруза, пшеница)- слабее. Отбор модифицированных растительных клеток проводят на селективных средах, содержащих гербициды. 13


Слайд 13

Трансформация растений с помощью агробактерий 14


Слайд 14

Структура Ti-плазмиды 15


Слайд 15

Сигналами, обеспечивающими перенос и стабильную интеграцию генов в ядерную ДНК растений является vir-область (область вирулентности) Ti-плазмид. Vir-область состоит из семи локусов: vir-А, vir-B, vir-C, vir-D, vir-E, vir-G, vir-F. В определенной последовательности белковые продукты этих генов приводят к вырезанию Т-ДНК из состава Ti-плазмиды и встраиванию ее в растительный геном. Vir-область является обязательной частью вектора. 16


Слайд 16

Идеальная векторная система на основе Ti-плазмиды должна включать: Сигналы, необходимые для переноса и стабильной интеграции в ядерную ДНК растений; Систему для экспрессии чужеродных генов в растениях (узнаваемый растительными полимеразами промотор); Маркер, необходимый для селекции трансформированных клеток Не содержать онкогенов, подавляющих дифференцировку растительных клеток 17


Слайд 17

В качестве промотора для экспрессии (функционирования) чужеродных генов в геноме растения наиболее часто используют промотор 35S-РНК вируса мозаики цветной капусты (СаМV), обеспечивающий постоянную сильную экспрессию чужеродного гена, находящегося под его регуляцией, во всех тканях трансгенного растения. 18


Слайд 18

В векторе обязательно должны быть предусмотрены гены-маркеры (репортерные гены), на основе которых проводят отбор модифицированных растений. Например LuxA и LuxB – это гены, выделенные из ДНК светлячков, контролирующие синтез люциферазы, которая обеспечивает переход люциферинов из окисленной формы в основную, что обеспечивает свечение модифицированного растения. Наиболее часто в качестве генов маркеров используют гены устойчивости к гербицидам (хлорсульфорону или фосфинотрицину). 19


Слайд 19

Т-сегмент вырезают из Ti-плазмиды с помощью рестриктаз и встраивают в плазмиду E.coli (pBR322), которая способна к многократной саморепликации, что приводит к увеличению числа копий участков Ti-плазмиды (клонирование); В Т-сегмент встраивают определенный ген и снова размножают в E.coli; Выделяют гибридные плазмиды, а затем вводят в A.tumefaciens, несущие полную Ti-плазмиду. В результате обмена идентичными участками (гомологичная рекомбинация), происходит встраивание сконструированных Т-сегментов в нативные Ti-плазмиды, в результате чего получают Ti-плазмиды со встроенным в Т-сегмент чужеродным геном; Заражают растения модифицированными агробактериями. Клетки полученных трансгенных растений будут содержать интегрированную Т-ДНК со встроенным чужеродным геном. 20


Слайд 20

Метод трансформации растительных клеток путем кокультивации с агробактерией Применяется для двудольных растений (эффективность до 60%). В качестве эксплантов для трансформации используются стерильные листовые диски, корешки, семядоли, междоузлия. Экспланты инокулируют жидкой средой, содержащей агробактерию с векторной конструкцией. После 24-48 часов кокультивирования в некоторых клетках происходит встраивание в растительный геном Т-ДНК с чужеродным геном. Экспланты переносят на среду, содержащую антибиотик (для подавления агробактерий) и гербициды для селективного отбора трансформированных клеток. Через 2-5 недель на трансформированном экспланте развиваются побеги модифицированных растений. 21


Слайд 21

Методы прямого переноса генов (перенос осуществляется в протопласты растительных клеток) Микроинъекция ДНК – аналогично микроинъекциям в животные клетки (эффективность 10-15%); Электропорация – на протопласты, находящиеся в растворе, содержащем ДНК-векторы действуют высоковольтными импульсами (напряжение 200-350 В). При этом обратимо образуются поры в мембране, через которые клетки поглощают молекулы ДНК; Биобаллистическая трансформация - растительные клетки помещают в чашку Петри и выстреливают по ним из вакуумной пушки потоком мельчайших частичек вольфрама, платины или золота (d – 0,4 -1,2 мкм) с напылёнными на них молекулами ДНК. 22


Слайд 22

Получение трансгенных растений: а-метод биобаллистики; б-кокультивация с агробактерией 23


Слайд 23

Доказательство трансформации растительных клеток Проводят выявлением генов-маркеров (например генов устойчивости к антибиотикам канамицину (nptII) или гигромицину (hptII) и др.) С использованием ПЦР (полимеразно-цепной реакции) и молекулярного анализа; На основании блот-гибридизации хромосомной ДНК трансгенного растения с использованием в качестве радиоактивного зонда фрагмента Т-ДНК. 24


Слайд 24

Возможные негативные эффекты использования генетически-модифицированного сырья В настоящее время методы генной инженерии технически несовершенны, исследователи не в состоянии управлять процессом встраивания нового гена и возникающие впоследствии эффекты его проявления; В результате искусственного добавления чужеродного гена непредвиденно могут образоваться опасные вещества (токсины, аллергены и т.д.); Не существует совершенно надежных методов проверки полученных растений на безвредность (более 10% серьезных побочных эффектов новых лекарств невозможно выявить, несмотря на тщательные исследования); 25


Слайд 25

Знания о действии на окружающую среду модифици-рованных организмов недостаточны. Имеется множество возможностей для неконтролируемого распространения потенциально опасных генов, в том числе и передача генов бактериями и вирусами; Знания о наследственном носителе ДНК – очень неполны. На настоящее время известно о функции лишь трех процентов ДНК. Рискованно манипулиро-вать сложными системами, знания о которых непол-ны. Обширный опыт в области биологии, экологии и медицины показывает, что модификация организмов может вызвать серьезные непредсказуемые проблемы. 26


Слайд 26

Цель зообиотехнологии: 1. Увеличение продуктивности животных 2. Повышение оплодотворяемости животных и воспроизводства стада 3. Улучшение качества животноводческой продукции 4. Получение животных, устойчивых к заболеваниям 27


Слайд 27

Методы зообиотехнологии 1. Трансплантация эмбрионов 2. Получение трансгенных животных 3. Клонирование животных 4. Получение химер 28


Слайд 28

Трансплантация эмбрионов - это метод биотехнологии, позволяющий ускоренно размножать высокоценных племенных животных Стадии: 1. Отбор доноров. 2. Суперовуляция. 3. Осеменение коров-доноров. 4. Извлечение и оценка эмбрионов. Кратковременное культивирование и хранение эмбрионов. 6. Пересадка эмбрионов реципиентам. 7. Криоконсервация эмбрионов. 29


Слайд 29

Трансгенные животные (Transgenic animals) – это животные, несущие встроенный генно-инженерным способом ген другого организма, способный экспрессировать специфические для этого организма продукты 30


Слайд 30

Технология получения трансгенов 1. Микроинъекция чужеродной ДНК в оплодотворенную яйцеклетку – зиготу 2. Метод эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) 31


Слайд 31

Микроинъекция ДНК 32


Слайд 32

Этапы получения трансгенных животных 33


Слайд 33

Доение трансгенной мыши 34


Слайд 34

Применение трансгенных животных Трансгенные животные – биореакторы Модели наследственных болезней Источник органов для пересадки человеку Получение гормона роста Повышение количества и качества продукции сельскохозяйственных животных Получение животных, устойчивых к различным заболеваниям 35


Слайд 35

Клонирование это точное воспроизведение того или иного живого объекта в каком-то количестве копий, имеющих идентичный набор генов это популяция клеток или организмов, произошедших от общего предка путём бесполого размножения, при котором потомок генетически идентичен своему предку Клон 36


Слайд 36

Cхема получения клонированной овцы Долли 20 37


Слайд 37

(мозаичные животные или генетический мозаик) - это искусственно созданные организмы, не известные в природе, состоящие из генетически различных клеточных популяций и происходящие более чем от одной оплодотворенной яйцеклетки. - это продукт объединения двух и более ранних эмбрионов, вследствие чего они обладают сложным комбинированным генотипом. Химеры Химеры 38


Слайд 38

Методика создания химер выделяют яйцеклетки из доноров с различающимися генотипами; культивируют эмбрионы на стандартных питательных средах (основа-солевой буфер, ПВК и лактат, глюкоза, альбумин) до стадии 8 бластомеров; агрегируют морулы (8-кл.) (агрегационный метод) и культивируют in vitro до стадии бластоцисты; имплантируют химерный эмбрион в матку самки-рецепиента 39


Слайд 39

Создание аллофенных мышей 2 линии мышей, отличающихся по окраске и характеру волосяного покрова HRS/J – линия, мыши которой несут рецессивный ген hairless (hr ) – обусловливающий полное отсутствие волосяного покрова линия С57BL/6 – черная окраска шерсти 40


Слайд 40

Для гомозигот линии HRS/J характерно нарушение формирования волосяного покрова. До 10 дневного возраста развивается нормальный покров, который начинает выпадать, в результате трехнедельные мыши полностью его теряют. На рисунке слева направо показан характер волосяного покрова у 12,15 17 и 21-дневных мышат 41


Слайд 41

Гомозигота hr/hr в 4-х недельном возрасте. У человека обнаружен ортолог этого гена (некоторые палестинские племена), он также приводит к отсутствию волосяного покрова и узелковую атрихию (эффекты этого гена у человека начинают проявляться в 7-летнем возрасте), ортологи этого гена найдены и у др. млекопитающих (крысы, обезьяны). 42


Слайд 42

При половом скрещивании нормальных и мутантных линий образуется потомство с нормальной шерстью. При получении химер возможны различные варианты распределения волосяного покрова и его окраса: 8-дневные химеры 19-дневные химеры Распределение волосяного покрова зависит от % мутантного компонента у химеры 43


Слайд 43

2-месячные химерные мыши. У крайней правой мыши 51% мутантного компонента и наблюдаются четкие чередующиеся полосы с шерстью и без, эти данные указывают, что ген действует в эпидермальных клетках волосяного фолликула. Клоны эпидермальных клеток кожи зародышей в эмбриогенезе мигрируют в латерально-вентральном направлении когерентно, не перемешиваясь друг с другом. В случае, если ген действует в мезодерме, распределение мутантных и нормальных клеток в шерстном покрове будет мозаичным. 44


Слайд 44

Химеры 22 45


Слайд 45

Биотехнология в кормовой промышленности Использование различных видов микроорганизмов, в первую очередь, дрожжей, для получения кормового белка, витаминов, кормовых добавок с целью повышения питательной ценности кормов, а также переработка отходов молокоперерабатывающих заводов и мясокомбинатов с целью получения белково-витаминных препаратов и др. 46


Слайд 46

Схема получения кормовых дрожжей 47


Слайд 47

Целью биотехнологии переработки сельскохозяйственных отходов является не только охрана окружающей среды от загрязнения, но и получение веществ и продуктов, полезных для человека и животных 1. Переработка навоза сельскохозяйственных животных и куриного помета методом анаэробной ферментации с целью получения биогаза и органических удобрений. 2. Переработка отходов растениеводства с целью получения биогумуса. Наиболее перспективные направления: 48


×

HTML:





Ссылка: