Aplicações da engenharia genética para melhora daperformance de plantas frente a estresses abióticos.

 

Marcelo Menossimenossi@unicamp.br

Centro de Biologia Molecular e Engenharia GenéticaUniversidade Estadual de Campinas

Campinas

Universidade Estadual de Campinas

@BIOTIC STRESS 2000 (http://www.dsa.unipr.it/as2000/)

Electronic network dedicated to all the aspects of abiotic stress

and its effects on crops and environment

plant biologists and geneticists, meteorologists, experts in global changes, plant breeders, bioinformatics experts, agronomists, economists, physiologists, biotechnologists, experts of planning and management, social scientists and educators.

Interação genética tradicional e molecular é fundamental

O que é a engenharia genética

Na+

H+

Na+

Cinética da troca de Na+/H+

transgênicas

selvagens

Resistência ao estresse salino

Selvagem

Transgênico

0 50 100 150 200 mM NaCl

Tolerância a baixas temperaturas pela expressão do gene da colina oxidase

Sakamoto et al. 2000. Plant J. 22:449.

Alia et al. 1998, Plant J. 16:155.

p35S codA 3’NT

Colina Betaína

Colinaoxidase

Estabiliza estruturas altamente ordenadas de proteínas in vitro

Níveis de betaína

0.9 0.76 0.7 n.d.

Capacidade fotossintética

codA

selvagem

Efeitos da expressão do gene codA em baixas temperaturas

milhares de genes são fixados ordenadamente em membranas

de nylon

*

**

**

**

****

O RNA de células tratadas é convertido em DNA, incorporando radioatividade.

Transcrição

mRNA

****

********

**********

Hibridação

Detecção

O sinal detectado é proporcionalao número de moléculas de mRNAde cada gene presente na célula

Arranjos de DNA

Solo sem Al 60% saturação Al

Avaliação do papel do gene x em plantas transgênicas

Selvageme

Transgênico

p35S Troc. ac. org. 3’NT

Selvagem

Transgênico

Comentários finais

Esforço multidisciplinar é essencial

Ensaios em plantas transgênicas de tabaco e Arabidopsis permitem avaliar o impacto de cada gene na tolerância

As tecnologias genômicas permitirão identificar genesativados durante os estresses

Tolerância ao Alumínio e melhora na absorção de P pela superexpressão da citrato sintase

p35S Citrato sintase 3’NT

Fuente et al. 1997. Science 276:1566.

López-Bucio et al. 2000. Nature Biotecnol. 18:450.

Citoplasma Rizosfera

citrato

Al

CanalIônico

P

Superprodução de citrato sintase

Atividade de CS nas plantas

0

1

2

3

4

5

Controle CSb-4 CSb-11 CSb-15 CSb-18

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Citrato interno

Citrato exsudado

Níveis de citrato

Efeitos da superexpressão da CS

Inibição do crescimento radicular na presença de Al

Coloração com hematoxilina:O Al não penetra na raiz

controle CSb-18

Plantas de mamão crescidas em meio com Al

Absorção de P

Crescimento em solo combaixo conteúdo de P Frutos de plantas crescidas em 22 ppm de P

Tolerância à baixas temperaturas pela expressão do gene da colina oxidase

Sakamoto et al. 2000. Plant J. 22:449

p35S codA 3’NT

Colina Betaína

Colinaoxidase

Estabiliza estruturas altamente ordenadas de proteínas in vitro

Efeitos protetor do gene codA em sementes expostas a altas temperaturas

sementes mantidas 60 minutos a 22 oC, 40 oC, 50 oC e 55 oC

transferidas a 22 oC durante 3 dias

Efeito protetor do gene codA em sementes expostas a altas temperaturas

22 oC

40 oC

50 oC

55 oC

22 oC

40 oC

50 oC

55 oC

Selvagem Transgênico

Efeito protetor do gene codA em sementes durante a germinação em altas temperaturas

0

20

40

60

80

100

120

Selvagem

codA

22 oC 30 oC 32.5 oC 35 oC

% d

e g

erm

inaç

ão

Proteínareguladoraexpressão

gênica

Glutationa S-Transferase

Guaiacolperoxidase

Glutationaredutase

Peroxidase

Genes reguladores podem controlar um conjunto de genes

AscorbatoPeroxidase

DehidroascorbatoPeroxidase

Monodehidroascorbatoredutase

Superóxidodismutase