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O que é a transformação de plantas: Transformação estável

Talvez tenha ouvido cientistas vegetais dizerem que usaram “transformação de plantas” para expressar um gene dentro de uma planta alvo. Mas o que significa isto exactamente?

A transformação de plantas é uma forma de inserir ADN de outro organismo – normalmente outra planta, no genoma de uma planta de interesse. Por exemplo, no meu trabalho inseri um gene chamado Stilbene synthase da uva no tomateiro para permitir a produção do composto medicinal resveratrol em altos níveis no tomate.

Por que usamos esta tecnologia?

A modificação genética é usada em muitas áreas de pesquisa científica e é amplamente usada para modificar: Leveduras, bactérias, plantas e células de mamíferos. Um dos usos mais importantes dos organismos geneticamente modificados é para a produção em larga escala de compostos medicinais importantes. Por exemplo, as bactérias geneticamente modificadas são usadas para a produção de insulina sintética.

Com plantas usamos a transformação de plantas para estudar o efeito de certos genes, e para melhorar as características das plantas, tais como: rendimento, resistência a doenças, tolerância ao stress, e produção de nutrientes. Engenhar plantas para o futuro, melhorando a tolerância ao stress (a tensões como altos níveis de sal, e seca) é uma área de pesquisa especialmente importante – com os problemas previsíveis que os agricultores estão prestes a encontrar com as mudanças climáticas devido ao aquecimento global.

Transformação de plantas- como fazemos isso?

Existem dois tipos de transformação de plantas: transformação estável, e transformação transitória. Este post vai focar na transformação estável.

O que é transformação estável de planta?

A transformação estável de planta é usada para a introdução estável de um gene em uma planta – o que significa que o gene será totalmente integrado no genoma hospedeiro, portanto é expresso continuamente, e também será expresso em gerações posteriores da planta. Este tipo de transformação vegetal é usado para a pesquisa de genes a longo prazo, e para a produção a longo prazo de uma característica/composta em grande escala.

Métodos usados para transformação estável:

A transformação vegetal envolve 2 estágios: Entrega do DNA em uma única célula, e regeneração em plantas totalmente férteis.

Entrega do DNA:

Existem 2 métodos principais para entrega de genes em plantas – Agrobacterium e a pistola de partículas. (Vou me concentrar no Agrobacterium pois é isto que eu uso, mas vou colocar alguns artigos sobre o uso de armas de partículas no fundo).

Agrobacterium

Agrobacterium é uma bactéria natural do solo, que tem a capacidade única de transferir parte do seu próprio DNA para as células das plantas. Na natureza, a transferência de parte do ADN bacteriano causa uma rápida divisão das células vegetais, e o desenvolvimento de um tumor vegetal.

Agrobacteriumgall
Agrobacterium Gall (tumor)na raiz de Carya illinoensis: fonte wikimedia

No laboratório nós aproveitamos a capacidade de transferência de DNA de Agrobacterium, mas removemos os genes ‘formadores de tumores’ – ao invés de substituí-los por nossos genes de interesse.

Inoculamos o Agrobacterium contendo nossos genes de interesse, em explantes de tecidos vegetais feridos. O Agrobacterium então transfere o gene de interesse para o DNA do tecido vegetal.

Gerando uma planta transgênica inteira:

Após inoculação com o agrobacterium, o tecido vegetal é cultivado em meios que contém antibióticos para matar o agrobacterium, assim como fatores seletivos. O fator seletivo é geralmente um antibiótico que normalmente mataria as células da planta. Quando o gene de interesse é adicionado ao agrobacterium, adicionamos um marcador selectivo – por exemplo, um gene de resistência aos antibióticos. Isto significa que apenas células nas quais o DNA estranho foi integrado com sucesso no seu próprio DNA, serão capazes de sobreviver em meio com o antibiótico.

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Diagrama simplificado de transformação de plantas mediadas por Agrobacterium.

Cultura de tecidos:

Como mencionado acima, o agrobacterium é adicionado aos explantes de tecidos vegetais feridos. Um explante vegetal pode ser retirado de muitas partes diferentes de uma planta: rebentos, folhas, caules, raízes ect. O tipo de explante necessário para a transformação da planta difere de planta para planta.

Como o explante é cultivado, diferentes hormônios vegetais são adicionados aos meios teciduais para induzir a regeneração da planta. Isto induz a formação de um Calo que é uma massa de células vegetais não organizadas. Após a formação de um calo, os calos são meios movidos contendo hormônios para induzir o crescimento de rebentos e, em seguida, meios indutores de raízes de rebentos. Uma vez que os rebentos e raízes tenham crescido o suficiente, a muda pode ser movida para o solo.

Após a planta ter crescido com sucesso no solo, a planta será analisada para confirmar a integração bem sucedida do DNA desejado, e que está funcionando corretamente.

Outra Leitura:

Transformação da planta parte 2: expressão transitória

Uma boa introdução à biotecnologia : http://nepad-abne.net/biotechnology/

Uma visão geral da modificação genética: http://sphweb.bumc.bu.edu/otlt/MPH-Modules/PH/GMOs/GMOs3.html>

Uma grande visão geral da modificação genética em Bactérias: https://www.learner.org/courses/biology/textbook/gmo/gmo_2.html>

Visão geral do uso da modificação genética em culturas e animais http://www.genewatch.org/sub-532324>

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Muito aprofundado artigo sobre transformação de plantas: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC150518/

Transformação das plantas através de armas de partículas: http://passel.unl.edu/pages/informationmodule.php?idinformationmodule=958077244&topicorder=3&maxto=7

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