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Che cos’è la trasformazione delle piante: Trasformazione stabile

Potresti aver sentito gli scienziati delle piante dire che hanno usato la “trasformazione vegetale” per esprimere un gene in una pianta bersaglio. Ma cosa significa esattamente?

La trasformazione delle piante è un modo per inserire il DNA di un altro organismo, normalmente un’altra pianta, nel genoma di una pianta di interesse. Per esempio, nel mio lavoro ho inserito un gene chiamato Stilbene sintasi dall’uva nel pomodoro per permettere la produzione del composto medicinale resveratrolo in alti livelli nel pomodoro.

Perché usiamo questa tecnologia?

La modificazione genetica è usata in molte aree della ricerca scientifica ed è ampiamente usata per modificare: Lieviti, batteri, piante e cellule di mammiferi. Uno degli usi più importanti degli organismi geneticamente modificati è per la produzione su larga scala di composti importanti dal punto di vista medico. Per esempio, i batteri geneticamente modificati sono usati per la produzione di insulina sintetica.

Nelle piante si usa la trasformazione delle piante per studiare l’effetto di certi geni, e per migliorare i tratti delle piante come: resa, resistenza alle malattie, tolleranza allo stress e produzione di nutrienti. L’ingegneria delle piante per il futuro, migliorando la tolleranza allo stress (a stress come alti livelli di sale e siccità) è un’area di ricerca particolarmente importante, con i prevedibili problemi che gli agricoltori incontreranno presto con il cambiamento del clima dovuto al riscaldamento globale.

Trasformazione delle piante – come si fa?

Ci sono due tipi di trasformazione delle piante: trasformazione stabile e trasformazione transitoria. Questo post si concentrerà sulla trasformazione stabile.

Che cos’è la trasformazione stabile delle piante?

La trasformazione stabile delle piante è usata per l’introduzione stabile di un gene in una pianta – il che significa che il gene sarà completamente integrato nel genoma dell’ospite, quindi è espresso continuamente, e sarà espresso anche nelle generazioni successive della pianta. Questo tipo di trasformazione delle piante è usato per la ricerca a lungo termine dei geni e per la produzione a lungo termine di un tratto/composto su larga scala.

Metodi usati per la trasformazione stabile:

La trasformazione delle piante comporta 2 fasi: Consegna del DNA in una singola cellula e rigenerazione in piante completamente fertili.

Consegna del DNA:

Ci sono 2 metodi principali per la consegna del gene nelle piante – Agrobacterium e la pistola a particelle. (Mi concentrerò su Agrobacterium perché questo è quello che uso, ma metterò alcuni articoli sull’uso delle pistole a particelle in fondo).

Agrobacterium

Agrobacterium è un batterio del suolo presente in natura, che ha la capacità unica di trasferire parte del proprio DNA nelle cellule vegetali. In natura, il trasferimento di parte del DNA batterico causa una rapida divisione delle cellule vegetali e lo sviluppo di un tumore vegetale.

Agrobacteriumgall
Agrobacterium Gall (tumore) alla radice di Carya illinoensis: fonte wikimedia

In laboratorio sfruttiamo la capacità di trasferimento del DNA di Agrobacterium, ma rimuoviamo i geni ‘che formano il tumore’, sostituendoli con i nostri geni di interesse.

Inoculiamo l’Agrobacterium che contiene i nostri geni di interesse, su espianti di tessuto vegetale feriti. L’Agrobacterium trasferisce quindi il gene di interesse nel DNA del tessuto vegetale.

Generazione di un’intera pianta transgenica:

Dopo l’inoculazione dell’Agrobacterium, il tessuto vegetale viene coltivato su supporti che contengono antibiotici per uccidere l’Agrobacterium, nonché fattori selettivi. Il fattore selettivo è comunemente un antibiotico che normalmente ucciderebbe le cellule della pianta. Quando il gene di interesse viene aggiunto all’agrobacterium si aggiunge un marcatore selettivo, per esempio un gene di resistenza agli antibiotici. Questo significa che solo le cellule in cui il DNA estraneo è stato integrato con successo nel proprio DNA, saranno in grado di sopravvivere in mezzi con l’antibiotico.

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Schema semplificato della trasformazione vegetale mediata dall’Agrobacterium.

Cultura di tessuto:

Come menzionato sopra, l’agrobacterium viene aggiunto a espianti di tessuto vegetale feriti. Un espianto vegetale può essere preso da molte parti diverse di una pianta: germogli, foglie, steli, radici, ecc. Il tipo di espianto necessario per la trasformazione delle piante differisce da pianta a pianta.

Quando l’espianto viene coltivato, diversi ormoni vegetali vengono aggiunti al terreno di coltura per indurre la rigenerazione della pianta. Questo induce la formazione di un callo che è una massa di cellule vegetali non organizzate. Dopo la formazione di un callo, i calli vengono spostati su supporti contenenti ormoni per indurre la crescita dei germogli, e poi su supporti che inducono i germogli e le radici. Una volta che i germogli e le radici sono cresciuti a sufficienza, la piantina può essere spostata nel suolo.

Dopo che la pianta è cresciuta con successo sul suolo, la pianta sarà analizzata per confermare l’integrazione di successo del DNA desiderato, e che sta funzionando correttamente.

Altre letture:

Trasformazione delle piante parte 2: espressione transitoria

Una bella introduzione alla biotecnologia: http://nepad-abne.net/biotechnology/

Una panoramica della modifica genetica: http://sphweb.bumc.bu.edu/otlt/MPH-Modules/PH/GMOs/GMOs3.html

Grande panoramica sulla modificazione genetica nei batteri: https://www.learner.org/courses/biology/textbook/gmo/gmo_2.html

Panoramica dell’uso della modificazione genetica nelle colture e negli animali http://www.genewatch.org/sub-532324

Articolo molto approfondito sulla trasformazione delle piante: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC150518/

Trasformazione delle piante tramite pistole a particelle: http://passel.unl.edu/pages/informationmodule.php?idinformationmodule=958077244&topicorder=3&maxto=7

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