článek Geneticky modifikované rostliny odolné k suchu a zasolení
Zdeněk Opatrný, Jana Nedělová, Věra Čížková
informace
rok: 2019
číslo: 4
plný text: PDF
datum elektronické publikace: 31. 12. 2019
DOI: 10.14712/25337556.2019.4.2
ISSN (elektronická verze): 2533-7556
Toto dílo podléhá licenci Creative Commons Uveďte původ 4.0 Mezinárodní License.
abstrakt
Rostliny si během své evoluce vyvinuly řadu mechanizmů, jak odolávat biotickým i abiotickým stresorům. Evoluce je proces nekonečný, pokračuje samozřejmě i v současnosti. Její původní nahodilost však člověk v případě kulturních rostlin nahrazuje cíleným šlechtěním. To vychází ze shodných přírodních procesů – mutageneze, křížení a selekce. Jeho klasické postupy jsou však nyní významně doplňovány metodami genetického inženýrství. Vycházejíce nejprve z poznání molekulární podstaty mechanizmů stresové odolnosti rostlin, jsou tyto procesy následně využity k získání nových prakticky využitelných genotypů. Předložený příspěvek je proto zaměřen na vysvětlení biologických účinků sucha či zasolení od úrovně molekulární až po komplexní reakce celého organizmu. Následně ilustruje různé možnosti použití transgenních technik (genových modifikací, GM) k přípravě plodin odolných vůči těmto stresorům, vysvětluje jejich genové zázemí a na vybraných příkladech ilustruje jak historii dílčích výzkumných strategií, tak jejich současnost i perspektivy. Informuje navíc krátce o nové technice genových editací (GE), vycházející z mechanizmů přirozených oprav vlastních genů daného organizmu. Tato precizní mutageneze již také nachází praktické, možno říci revoluční, využití jak v lidské genové terapii, tak v účinném „přírodě blízkém“ šlechtění a ochraně rostlin.
klíčová slova
rostliny, stres, voda, sucho, zasolení, šlechtění rostlin, rostlinné biotechnologie, genetické modifikace
plný text (PDF )
Reference
Andrová, J., Opatrný, Z., Čížková, V. Transgenní plodiny I. Biologie, chemie, zeměpis, 2016, 25 (2): 62-68.
Afzal, Z., Howton, T. C., Suin, Y., Shahid Mukhtar, M. (2016). The role of aquaporins in plant stress responses. J.Dev. Biol. 4: 1-23. https://doi.org/10.3390/jdb4010009
Babu, R. C., Zhang, J., Blum, A., Ho, T. – H. D., Wu, R., Nguyen, H. T. (2004). HVA1, a LEA gene from barley confers dehydration tolerance in transgenicrice (Oryzasativa L.) via cell membrane protection. Plant Science 166: 855–862. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2003.11.023
Castiglioni, P., Warner, D., Bensen, R. J., Anstrom, D. C., Harrison, J., Stoecker, M., Abad, M., Kumar, G., Salvador, S., D’Ordine, R., Navarro, S., Back, S., Fernandes, M., Targolli, J., Dasgupta, S., Bonin, C., Luethy, M. H., Heard, J. E. (2008). Bacterial RNA chaperones confer abiotic stress tolerance in plants and improved grain yield in maize under water-limited conditions. Plant Physiology 147: 446–455. https://doi.org/10.1104/pp.108.118828
Chen, T. H. H., Murata, N. (2011). Glycine betaine protects plants against abiotic stress: mechanisms and biotechnological applications. Plant, Cell and Environment 34: 1–20.
Grunewald, W., Bury, Jo (2016). The GMO revolution. LannooCampusPublLeuven, Belgium. ISBN 978 94 014 3219 1. https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2010.02232.x
Halford, N., ed. (2006). Plant biotechnology. Current and future applications of genetically modified crops. John Willey and Sons Ltd. ISBN 0-470-02181-0 https://doi.org/10.1002/0470021837
He, Z., Zhong, J., Sun, X., Wang, B., Terzaghi, W., Dai, M. (2018). The maize ABA receptors ZmPYL8,9 and 12 facilitate plant drought resistence. Front Plant Sci 9: 1-12. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00422
Jaganathan, D, Ramasamy, K, Sellamuthu, G., Jayabalan, S., Venkataraman, G. (2018). CRISPR for crop improvement: An update review Front.PlantSci. 9: 1-17.
Li, W., Wang, L., Sheng, X., Yan, C., Zhou, R., Hang, J. et al. (2013). Molecular basis for the selective and ABA – independent inhibition of PP2CA by PYL 12. Cell Res. 23: 1369-1379. https://doi.org/10.1038/cr.2013.143
Liao, X., Guo, X., Wang, Q., Wang, Y., Zhao, D., Yao, L., Wang, S., Liu, G., Li, T. (2017). Overexpression of MsDREB6.2 results in cytokinin-deficient developmental phenotypes and enhances drought tolerance in transgenic apple plants. Plant J. 89: 510-526. https://doi.org/10.1111/tpj.13401
Liu, Y., Liang, J., Sun, L., Yang, X., Li, D. (2016). Group 3 LEA protein, ZmLEA 3, is involved in protection from low temperature stress. Front Plant Sci. 7: 1-10. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01011
Munns, R., Tester, M. (2008). Mechanism of Salinity Tolerance. Annual Rewiew of Plant Biology 59: 651–681. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.59.032607.092911
Muvunyi, B. P., Yan, Q., Wu, F., Min, X., Yan, Z. Z., Kanzana, G., Wang, Y., Zhang, J. (2018). Mining late embryogenesis abundant (LEA) family genes in Cleistogenes songorica, a xerofyte perennial desert plant. Int.J.Mol.Sci. https://doi.org/10.3390/ijms19113430
Murphy, D. J. (2007). People, plants and genes. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-920713-8. https://doi.org/10.1093/acprof:oso/9780199207145.001.0001
Nedělová, J. (2014). Geneticky modifikované rostliny ve vztahu k řešení problematiky globálních klimatických změn. Diplomová práce, PřF UK.
Opatrný, Z. (2018). Trofim Denisovič a horizontální genový přenos. In: Kyša, L., Zlatník, Č. Věda kontra iracionalita. Academia, 2018. ISBN 978-80-200-2868-6.
Pokorná, L., Kučerová, M., Huth, R. (2018). Annual cycle of temperature trends in Europe, 1961–2000, Global and Planetary Change, 170: 146-162. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2018.08.015
Sakamoto, A., Murata, N. (2000). Genetic engineering of glycinebetaine synthesis in plants: current status and implications for enhancement of stress tolerance. Journal of Experimental Botany 51 (342): 81–88. https://doi.org/10.1093/jxb/51.342.81
Shi, J., Gao, H., Wang, H., Lafitte, R., Archibald, R. L., Yang, M., Hakimi, S. M., Mo, H., Habben, J. E. (2017). ARGOS8 variants generated by CRISPR-Cas9 improve maize grain yield under field drought stress conditions. Plant Biotechnol.J. 15: 207-216. https://doi.org/10.1111/pbi.12603
Sivamani, E., Bahieldin, A., Wraith, J. M., Al-Niemi, T., Dyer, W. E., Ho, T.-H. D., Qu, R. (2000). Improved biomass productivity and water use efficiency under water deficit conditions in transgenic wheat constitutively expressing the barely HVA1 gene. Plant Science 155: 1–9. https://doi.org/10.1016/S0168-9452(99)00247-2
Taiz, L., Zeiger, E., Moller, I. M., Murphy, A. (2016). Plant physiology and development. Sixth edition. Sinauer Associates Inc, Maryland, USA. ISBN 978-1-60535-255-8.
Wang, J.-M., Fan, Z.-Y., Liu, Z.-B., Xiang, J.-B., Chai, L., Li, X.-F.,Yang, Y. (2011). Thylakoid-bound ascorbate peroxidase increases resistance to salt stress and drought in Brassica napus. African Journal of Biotechnology 10(41): 8039–8045. https://doi.org/10.5897/AJB11.857
Wang, Y., Beaith, M., Chalifoux, M., Ying, J., Uchacz, T., Sarvas, C., Griffiths, R., Kuzma, M., Wan, J., Huang, Y. (2009). Shoot-specific down-regulation of protein farnesyltransferase (α-subunit) for yield protection against drought in canola. Molecular Plant 2 (1): 191–200. https://doi.org/10.1093/mp/ssn088
Wang, L, Liu, Y., Feng, S., Yaqng, J., Li, D., Zhang, J. (2017). Role of plasmalemma aquaporin gene StPIP1 in enhancing drought tolerance in potato. Front Plant Sci 8: 1-22. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00616
Wei, T., Deng, K., Liu, D., Gao, Y., Liu, Y., Yang, M., Zhang, L., Zheng, X., Wang, Ch., Song, W., Chen, Ch., Zhang, Y. (2016). Ectopic expression of DREB transcription factor, AtDREB1A, confers tolerance to drought in transgenic Salvia miltiorrhiza. Plant Cell Physiol 57: 1593-1609. https://doi.org/10.1093/pcp/pcw084
Werner, T., Nehnevajova, E., Köllmer, I., Novák, O., Strnad, M., Krämer, U., Schmülling, T. (2010). Root-specific reduction of cytokinin causes enhanced root growth, drought tolerance, and leaf mineral enrichment in Arabidopsis and Tobacco. The Plant Cell 22: 3905–3920. https://doi.org/10.1105/tpc.109.072694
Zhao, Y., Chan, Z., Gao, J, Xing, L., Cao, M., Yu, Ch., Hu, Y., You, J., Shi, H., Zhu, Y., Gong, Y., Mu, Z., Wang, H., Deng, X., Wang, P., Bressan, N. A., Zhu, J. K. (2016). ABA receptor PYL9 promotes drought resistence and Leaf senescence. PNAS 113: 1949-1954. https://doi.org/10.1073/pnas.1522840113
Zhou, S., Hu, W., Deng, X., Ma, Z., Chen, L., Huang, C., Wang, C., Wang, J., He, Y., Yang, G., He, G. (2012). Overexpression of the wheat aquaporin gene, TaAQP7, enhances drought tolerance in transgenic tobacco. PLoS ONE 7 (12): e52439. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0052439
Zou, J., Liu, C., Liu, A., Zou, D., Chen, X. (2012). Overexpression of OsHsp17.0 and OsHsp23.7 enhances drought and salt tolerance in rice. Journal of Plant Physiology 169: 628–635. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2011.12.014