Importance of Gene Bank:بیوتکنولوژی نوترکیب biotechnology
اهمیت بانک ژن
1. بانک های ژن اطلاعاتی در مورد ساختار و سازماندهی ژن های موجود در ژنوم یوکاریوتی ارائه می دهند.
2. ساخت نقشه ژنی کروموزوم امکان پذیر است.
3. این یک روش ایده آل برای حفظ ژن در سلول باکتری است.
4. DNA مورد نظر را برای دستکاری ژن فراهم می کند.
5. برخی از ژن های خاص را می توان از بانک ژن برای تولید برخی محصولات شیمیایی خاص تهیه کرد.
سیبرید/هیبرید سیتوپلاسمی:
سیبریدها سلول ها یا گیاهانی هستند که دارای هسته یک گونه هستند اما سیتوپلاسم از هر دو گونه والدین.
تکنیک های Cybrids:
سیبریدها با تکنیک های زیر تولید می شوند:
1. ادغام پروتوپلاسم طبیعی یک گونه با پروتوپلاست هسته ای گونه های دیگر.
2. ادغام پروتوپلاست طبیعی یک گونه با پروتوپلاستی که هسته غیرفعال گونه های دیگر دارد.
3. حذف هسته یک گونه از هتروکاریون معمولی.
4. حذف تدریجی کروموزوم های یک گونه از یک سلول هیبریدی در طی تقسیم میتوزی بعدی.
5. با تهیه پروتوپلاست هسته ای (سیتوپلاست) یک گونه و ادغام آن با پروتوپلاست معمولی گونه های دیگر.
اهداف تولید Cybrid:
برای ترکیب ژن های سیتوپلاسمی یک گونه با ژن های هسته ای و سیتوپلاسمی گونه های دیگر.
مزایای Cybrids:
1. انتقال ژن های پلاسمایی یک گونه به ژن های هسته ای گونه های دیگر.
2. تهیه ترکیبات ناسازگار جنسی.
3. بازیابی نوترکیب بین میتوکندری والدین یا کلروپلاست-DNA.
4. تولید طیف گسترده ای از ترکیبات کلروپلاست والدین و نوترکیب با میتوکندری والدین یا نوترکیب.
5. میتوکندری از یک گونه والدین ممکن است با کلروپلاست گونه های والدین دیگر ترکیب شود.
تکنیک شماره 2. کشت بافت گیاهی:
انسان برای غذا، سرپناه و پوشاک به گیاهان وابسته است. همین وابستگی انسان به گیاهان است که او را به کشف راه‌های مختلف برای محافظت و حفظ آنها از گم شدن در اثر بلایای طبیعی و انسان‌ساز سوق داده است. در حین انجام این کار، دانشمندان به تکنیکی دست یافتند که به موجب آن گیاهان نه تنها می توانند از گم شدن محافظت شوند، بلکه می توانند از یک سلول یا یک قسمت کوچک گیاه به یک گیاه کامل تبدیل شوند. این روش که کشت بافت نامیده می شود، متعاقباً ثابت شد که یک موهبت برای نوع بشر است.
از نظر تئوری، هر سلول گیاهی - به جز سلول‌هایی که فاقد هسته هستند یا با دیواره‌ای سفت و سخت و ثانویه محصور شده‌اند - به طور بالقوه قادر به بازسازی ارگانیسم (یعنی گیاه) است که از آن گرفته شده است. گفته می شود که چنین سلولی تمام توان است. مجموعه‌ای از سلول‌های مشابه، بافت‌ها را تشکیل می‌دهند، و سیستم‌های بافتی در اندام‌ها سازماندهی می‌شوند، و آرایش فضایی خاص اندام‌ها ارگانیسم (یعنی گیاه کامل) را تشکیل می‌دهد.
گیاهان را می‌توان در شرایط آزمایشگاهی (یعنی در آزمایشگاه، در یک محیط کنترل‌شده) از ریزنمونه‌های اندام (نوک‌های ریشه و ساقه، جوانه‌ها، پریموردیای برگ، جنین‌های در حال رشد، فلس‌های جوانه و غیره)، ریزنمونه‌های بافتی (میخ، قشر، اپیدرم) بازسازی کرد. ، آبکش، هسته)، سلول ها (پارانشیم، کلنشیم، دانه های گرده تک یا دو هسته ای) و پروتوپلاست ها. شکل 1.10، 1.11; برخی از مسیرهای مهم کشت بافت را نشان می دهد.
پیشینه تاریخی فرهنگ بافت:
مفهوم کشت بافت به سال 1878 بازمی‌گردد، زمانی که یک گیاه‌شناس آلمانی Vochting گفت که از یک قطعه کوچک گیاهی می‌توان یک گیاه کامل را بازسازی کرد. بعدها، دانشمندان دیگری مانند هابرلند در سال 1902 سعی کردند تکنیک‌هایی را در شرایط آزمایشگاهی (در محیط کنترل‌شده آزمایشگاه) توسعه دهند تا قدرت کامل سلول‌های گیاهی را نشان دهند. توتیپوتنسی توانایی یک سلول گیاهی برای تبدیل شدن به یک گیاه کامل است.
هابرلند کشت سلول‌های منفرد جدا شده از برگ‌ها را در محلول نمک Knop غنی‌شده با ساکارز گزارش کرد. سلول ها تا یک ماه زنده ماندند، اندازه آنها افزایش یافت، نشاسته انباشته شد اما نتوانستند تقسیم شوند. تلاش‌ها برای نشان دادن تمام توان منجر به توسعه تکنیک‌هایی برای کشت سلول‌های گیاهی در شرایط کنترل‌شده شد.
بعدها، یکی از شاگردان خود، کوته، در سال 1922 تلاش موفقیت آمیزی را در کشت نوک ریشه های بریده نخود و ذرت در محیطی حاوی عصاره گوشت حیوانی به نام عصاره گوشت Liebeg انجام داد که متعاقباً با عصاره مخمر جایگزین شد و نتایج مشابهی به دست آمد.
در سال 1934، دانشمند دیگری به نام P.R. White از ایالات متحده، یافته مهم دیگری را دنبال کرد که رشد نامحدودی از ریشه های گوجه فرنگی را روی یک محیط غذایی خاص (که بعدها محیط White نامیده شد) حاوی ویتامین هایی مانند پیریدوکسین، تیامین و اسید نیکوتین مشاهده کرد. بیشتر محیط‌های کشت بافت مدرن از کار اسکوگ و همکارانش در دهه‌های 1950 و 1960 مشتق شده‌اند.
مطالعات بعدی بر نقش مواد مغذی مختلف ماکرو و میکرو و اهمیت آنها در محیط کشت تاکید کردند. یافته های تحقیقات بعدی نشان داد که ترکیبات مهم تری برای بازسازی کامل بدن گیاه ضروری است.
اینها به عنوان محرک رشد شناسایی شدند
Technique # 3. Transgenic (Genetically Modified Organisms):
Genetically engineered organisms are referred to as transgenics or Genetically Modified Organisms (GMO). In other words, a genotype developed by the process of genetic engineering is called transgenic (pleural transgenics). It may be a plant, an animal or microbes such as fungi, bacteria and viruses. Thus transgenic plants or Genetically Modified Plants (GM Plants) are those plants which are developed by the techniques of genetic engineering.
Transgenic plants are obtained involving tissue culture and genetic engineering techniques. The process of transfer, integration and expression of transgene in an organism is called genetic transformation. Transgenes refer to foreign genes or modified genes of the same species which are used for the development of transgenic plants or genotypes. Transgenes maybe from the same species (in modified form), related wild species, unrelated species and microbes (bacteria, fungi and viruses).
Transgenic Breeding and its Advantages:
Genetic improvement of crop plants, domestic animals and useful microorganisms through biotechnology (tissue culture and genetic engineering) in relation to their economic use for mankind is referred to as transgenic breeding.
Transgenic plant breeding refers to genetic improvement of crop plants through the use of transgenes. Now a days, transgenic breeding is being used for specific genetic improvement of different field crops. Transgenic breeding is expected to play an important role in the genetic improvement of field crops in the years ahead.
The main advantages of transgenic crop breeding are briefly discussed below:
1. Rapid Method of Crop Improvement:
Transgenic breeding is a rapid method of crop improvement. By this technique, stable transgenic plants can be developed in 3-4 years, whereas it takes 12-15 years to develop a new variety through conventional methods of breeding such as pedigree, bulk and back cross methods. The first generation of transgenic plants obtained through regeneration is called T0 progeny.
Transgenic plants which are obtained from T0 plants are designated as T1 and those obtained by growing embryos of T1 plants are called T2 plants and so on. In barley and sunflower, transgene exhibited Mendelian pattern of segregation i.e. 3: 1 ratio.
2. Overcome Crossing Barriers:
Transgenic breeding permits gene transfer between unrelated species and even between unrelated organisms. It permits gene transfer even between plants and animals. For example, a freezing resistant gene has been transferred from fish to cultivated tomatoes. Similarly, ovalbumin gene of chicken has been transferred in alfalfa for improving protein quality. There are many other examples of gene transfer between plants and animals.
3. Evolution of New Genotypes:
Sometimes, transgenic breeding may lead to evolution of altogether new plant species, because it permits gene transfer between various plant species. Thus it will affect the process of natural evolution.
4. Application:
Transgenic breeding can be used for the genetic improvement of both autogamous and allogamous crop plants. Both seed propagated and vegetatively propagated species can be improved through the use of transgenes.
5. Effectiveness:
Transgenic breeding has been found effective for the genetic improvement of monogenic characters only. It has not been used, so far, for the genetic improvement of polygenic characters. It has been found very effective in development of plants with resistance to various diseases, insects and herbicides.
Limitations of Transgenic Plant Breeding:
Transgenic breeding has some limitations. The main limitations are:
(1) Unstable performance,
(2) Pleiotropic effect {i.e., multiple effects of a single gene) of transgene,
(3) Position effect of transgene,
(4) Costly method of crop improvement,
(5) Low frequency of transgenic plants,
(6) Risk of evolution of problematic weed Species, etc.
Moreover, polygenic characters cannot be manipulated by genetic engineering.
Criticism Against Genetically Modified Crops:
(i) Unintended harm to other organisms:
A laboratory study, published in ‘Nature’, reported that pollen from BT corn caused high mortality in monarch butterfly caterpillars. Monarch caterpillars consume milkweed plants, not corn, but the fear is that if pollen from BT corn is blown by the wind onto milkweed plants in neighboring fields, the caterpillars could eat the pollen and perish. Although the ‘Nature’ study was not conducted under natural field conditions, the results seemed to support this viewpoint.
(ii) Reduced effectiveness of pesticides:
Just as some populations of mosquitoes have developed resistance to the now-banned pesticide DDT, many people are concerned that insects will become resistant to BT or other crops that have been genetically modified to produce their own pesticides.
(iii) Gene transfer to non-target species:
Another concern is that crop plants engineered for herbicide tolerance and weeds will cross-breed, resulting in the transfer of the herbicide resistance genes from the crops into the weeds. These “super weeds” would then be herbicide tolerant as well. Other introduced genes may cross over into non-modified crops planted next to GM crops.
Genetically Modified Food:
The food prepared from the produce of genetically modified (= transgenic) crops is called genetically modified food (= GM food).
GM food differs from the food prepared from the produce of conventionally developed varieties in the following aspects:
(i) It contains the protein produced by the transgene in question, e.g., Cry protein in the case of insect resistant varieties.
(ii) It contains the enzyme produced by the antibiotic resistance gene that was used during gene transfer by genetic engineering.
(iii) It contains the antibiotic resistance gene itself.
Disadvantages of GM Food:
GM food can lead to the following problems:
1. Allergies:
The transgenic food may cause toxicity and or produce allergies. The enzyme produced by the antibiotic resistance gene can cause allergies, because it is a foreign protein.
2. Effect on Bacteria of Alimentary canal:
The bacteria present in the human alimentary canal can take up the antibiotic resistance gene that is present in the GM food. These bacteria may become resistant to the concerned antibiotic and will be difficult to manage.
3. Economic concerns:
Bringing a GM food to market is a lengthy and costly process, and of course agri-biotech companies wish to ensure a profitable return on their investment.
Transgenic Animals:
The animals which carry foreign genes are called transgenic animals.
Production of Transgenic Animals:
The foreign genes are inserted into the genome of the animal using recombinant DNA technology.
The production of transgenic animals includes:
(i) Location, identification and separation of desired gene,
(ii) Selection of proper vector (generally a virus) or direct transmission,
(iii) Combining the desired gene with the vector,
(iv) Introduction of transferred vector in cells, tissues, embryo or mature individual,
(v) Demonstration of integration and expression of foreign gene in transgenic tissue or animal.
Why are Transgenic Animals Produced?
It is aimed at;
(i) Production of pharmaceutically important drugs and proteins in large quantity in cows, sheep and goats,
(ii) To grow spare organs (e.g., heart, pancreas) of pigs for human use (xenotransplantation),
(iii) Studying various aspects of cloning and effect of biochemical in mice,
(iv) Producing human cell lines for curing genetic disorders, e.g., Alzheimer, hemophilia, thalassemia, etc.
(v) Replace defective parts with freshly grown part from patients own cells,
(vi) To produce human clones if ethics allow the same.
Examples of Transgenic Animals:
Some important examples of transgenic animals are given in the following table: