Plantas Transgênicas

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1 Plantas Transgênicas Organismo geneticamente modificado (OGM): Transgênico Organismo que recebeu um ou mais genes de outro organismo e passa a expressar uma nova característica de especial interesse. DNA Genes de interesse Célula animal, vegetal, bactéria, etc 1

2 Finalidade Mover genes entre organismos Modificar a expressão de genes endógenos Inativar genes Aumentar a expressão Modificar a expressão Testar a função de genes ou partes de genes Finalidade prática: Objetivos dos agricultores: 1. produtividade pela seleção resistência a doenças e pragas resistência a extremos hídricos > resposta ou independência a fertilizantes tolerância a condições ambientais hostis 2. valor maior conteúdo de óleo maior valor nutritivo maior facilidade de colheita e armazenagem Métodos clássicos de cruzamento + Engenharia genética 2

3 Metodologia de produção de plantas geneticamente modificadas isolamento do gene de interesse transformação seleção de transformantes regeneração Isolamento do gene de interesse Isolamento e clonagem do gene completo (funcional) Proteína de alto valor nutricional. Proteínas capazes de modificar herbicidas, inativando-os. Genes bacterianos que codificam para proteínas com propriedades tóxicas para insetos Introdução de um marcador para acompanhamento 3

4 isolamento do gene de interesse transformação seleção de transformantes regeneração Transformação de plantas métodos físico-químicos ou diretos aceleração de partículas (bombardeamento de DNA) eletroporação Método biológicos ou indiretos infecção por Agrobacterium 4

5 Transformação por aceleração de partículas adsorção a partículas de ouro e tungstênio adequado para monocotiledôneas e dicotiledôneas arroz algodão feijão soja cana-de-açúcar milho trigo cevada aveia eucalipto Transformação por aceleração de partículas 5

6 Transformação por eletroporação 1. solução em baixa concentração salina < força iônica 2. campo elétrico de alta voltagem abertura de poros na membrana celular em protoplasto: dificuldade de regeneração Transformação por Agrobacterium A.tumefaciens Agrobacterium sp A.rhizogenes 6

7 Agrobacterium: plasmídio pti ou pri Região transferida Borda direita (síntese de opinas e oncogenes) Borda esquerda (transferência do T-DNA: genes de virulência) 200Kb (catabolismo de opinas) (conjugação entre agrobactérias do solo) (origem de replicação e região de incompatibilidade) Van Sluys, M.A., 1999 Agrobacterium: Patogênese 1. Transferência de fragmento de DNA, o T-DNA, do plasmídio Ti para o genoma vegetal. 2. Inserção em posição aleatória dentro do genoma. 3. Indução da proliferação celular originando tumores ou raízes a partir da célula transformada. 4. As células vegetais transformadas sintetizam substâncias chamadas opinas que são a fonte de C e N das bactérias. 7

8 Transformação por Agrobacterium Plasmídeo recombinante Plasmídeo híbrido Gene não nativo Transferência para a Agrobacterium Plasmídeo Ti modificado contendo o gene vir mas não o T-DNA Plasmídeo recombinante Infecção do fumo pela Agrobacterium DNA cromossomal vegetal T-DNA integrado com o gene não nativo Planta transgênica de fumo isolamento do gene de interesse transformação seleção de transformantes regeneração 8

9 Seleção de transformantes gene marcador resistência a antibiótico resistência a herbicida gene reporter GFP luciferase Seleção e Regeneração de Transformantes 9

10 Seleção e regeneração de transformantes Plantas de cevada regeneradas OGMs: histórico Criada a primeira planta transgênica (fumo resistente a antibiótico) Testes em campo com plantas transgênicas resistente a vírus, bactéria e insetos EPA (EUA) aprova a liberação da cultura da primeira planta transgênica (fumo resistente à herbicida) Cultura de algodão (resistência à herbicida) obtida com sucesso em campo aberto FDA (EUA) decide que alimentos transgênicos seriam regulados como alimentos convencionais Tomate FlavrSavr é o primeiro alimento transgênico aprovado para venda 1995 a Canola, milho, algodão, soja e beterraba resistente à herbicida bem como milho, algodão, mamão, batata, abobrinha, tomate resistentes a vírus ou inseto foram aprovados nos EUA "Golden rice que deve prevenir milhões de casos de cegueira e morte causadas por deficiência de vitamina A e ferro está sob testes 10

11 Culturas transgênicas comerciais Cultura Característica algodão RI/RH arroz RI/RH batata RI, RV beterraba RH canola RH, MO, EM chicória RH, EM cravo RH, cor, ReS mamão RV melão ReM milho RI, RH, EM soja RH, EM tomate RH, ReM RI: resistência a inseto; RH: resistência a herbicida; RV: resistência a vírus; MO: modificação de óleo; EM: esterilidade masculina; ReS: retardo de senescência; ReM: retardo de maturação Taxa de adoção de plantas transgênicas nas principais culturas (em milhões de hectares) 11

12 Lavouras de OGMs: Situação Mundial 21 países e mega-países* com biotecnologia de OGMs (2005) 12

13 EUA 42,8 47,6 Argentina 13,9 16,2 Canadá 4,4 5,4 Brasil 3,0 5,0 China 2,8 3,7 Paraguai - 1,2 Índia 0,1 0,5 África do Sul 0,4 0,5 Uruguai 0,1 0,3 Austrália 0,1 0,2 Romênia < 0,1 0,1 México < 0,1 0,1 Espanha < 0,1 0,1 Filipinas < 0,1 0,1 Colômbia < 0,1 < 0,1 Honduras < 0,1 < 0,1 Alemanha < 0,1 < 0,1 Lavouras de OGMs: Situação Mundial Culturas transgênicas (2005) : 90 milhões de hectares : tolerância a herbicida (soja, milho) resistência insetos (algodão) 8,5 milhões de fazendeiros (6,4 milhões na China) 5 países líderes no cultivo de OGMs: Estados Unidos Argentina Brasil Canadá China 13

14 Plantas Transgênicas Primeira Geração (características para melhor desempenho no campo) Segunda Geração (característica de interesse do consumidor) Terceira Geração (vacinas, medicamentos) Plantas transgênicas: Primeira geração 14

15 Resistência a insetos: algodão Bt Produção, custos e uso de pesticida nas culturas de algodão na China (Huang et al., 2002) Variedade de algodão Produção (kg/ha) Custo total de produção/kg algodão (US$) N o aplicações Uso de pesticida/ha Quantidade (kg) Custo (US$) Bt selvagem Redução no uso de pesticida impacto positivo no meio ambiente e na saúde dos produtores 15

16 Resistência a herbicida Campo experimental de soja (Roundup Ready TM, Monsanto) Resistência ao vírus da mancha anelar Mamoeiro selvagem sensível pelo vírus Mamoeiro transgênico resistente ao vírus 16

17 Resistência a vírus do mosaico dourado (EMBRAPA) Tolerância à salinidade Canola transgênica tolerante à salinidade Canola selvagem 17

18 Plantas transgênicas: Segunda geração Plástico biodegradável (PHAs e PHBs) Planta PHB Grânulos de PHB 18

19 Inibição da senescência Petúnia selvagem Cravo: Transgênico (22 dias) Selvagem (10 dias) Petúnia transgênica insensível ao etileno Inibição da senescência Tomate FLAVR SAVR TM (Calgene) 19

20 Aumento do valor nutricional Arroz selvagem Arroz dourado Mais de 2 milhões de crianças sob o risco de cegueira por deficiência de vitamina A Novas cores Rosas Cravos série Moon TM (Florigene Flowers) 20

21 Plantas transgênicas: Terceira geração Produção de medicamentos Vincristina (anticancerígeno): US$ 12 milhões/kg 21

22 EMBRAPA: Soja anticorpos anticâncer contra o câncer de mama produção de fármacos hormônio do crescimento humano fator IX anticoagulante (Hemofílicos) Alface e tomate proteína antidiarréica Buenos Aires Alfafa vacina contra aftosa Vacinas já produzidas em plantas: hepatite B (tabaco e alface) raiva (tomate) aftosa (alfafa) Vantagens: não há necessidade de refrigeração ou armazenagem em baixas temperaturas a estabilidade e sua aplicabilidade para uso em países subdesenvolvidos. 22

23 Produtos em desenvolvimento: Cada produto deve ser avaliado individualmente antes de sua liberação para o mercado. 23

24 Rotulagem de produtos transgênicos Informação e Liberdade de escolha T T 24

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