Biologie. Chemie. Zeměpis Odborný časopis pro učitele a didaktiky přírodních věd

Geneticky modifikované rostliny odolné k suchu a zasolení

Zdeněk Opatrný, Jana Nedělová, Věra Čížková

Ročník 28 (2019), číslo 4 s. 12–23 vyšlo online 31. 12. 2019 čeština

DOI https://doi.org/10.14712/25337556.2019.4.2

Stáhnout PDF (641 kB) Otevřít v prohlížeči
Náhled PDF

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

Jak citovat

Opatrný, Z., Nedělová, J., & Čížková, V. (2019). Geneticky modifikované rostliny odolné k suchu a zasolení. Biologie-Chemie-Zeměpis, 28(4), 12–23. https://doi.org/10.14712/25337556.2019.4.2

Literatura (30)

  1. Andrová, J., Opatrný, Z., Čížková, V. Transgenní plodiny I. Biologie, chemie, zeměpis, 2016, 25 (2): 62-68.
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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.
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. Jaganathan, D, Ramasamy, K, Sellamuthu, G., Jayabalan, S., Venkataraman, G. (2018). CRISPR for crop improvement: An update review Front.PlantSci. 9: 1-17.
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. Nedělová, J. (2014). Geneticky modifikované rostliny ve vztahu k řešení problematiky globálních klimatických změn. Diplomová práce, PřF UK.
  17. 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.
  18. 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
  19. 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
  20. 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
  21. 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
  22. 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.
  23. 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
  24. 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
  25. 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
  26. 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
  27. 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
  28. 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
  29. 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
  30. 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

Licence

Toto dílo podléhá licenci Creative Commons Uveďte původ 4.0 Mezinárodní.