VL 11 Flashcards
Was ist genomische Selektion?
Voraussage von Zuchtwerten basierend auf “whole genome marker scores” und phänotypischer Charakterisierung
Voraussagemodelle basierend auf allen verfügbaren Informationen
Hohe Korrelationen zwischen realisiertem Zuchtwert und genomischer Schätzung
Phänotypisierung nur noch zur Erstellung / Validierung von Modellen
Was ist das Ziel von Genomischer Selektion?
Voraussage des Phänotyps basierend auf genomweiter Markerinformation
Spezialform von MAS
Sehr hohe Markerdichte über Genom nötig (jeder QTL muss in Linkage Disequilibrium mit mind. einem Marker sein)
SChätzen des kombinierten Effekts von allen QTL auf das Merkmal -> genomic estimated breeding value
Für komplexe, polygen vererbte Merkmale
Wie ist der Workflow bei GS?
Bestimmen der Marker-Trait-Assoziation in der Trainingspopulation
- Genomic selection Modell basierend auf phänotypishcen und genotypischen Daten der Trainingspopulation
Selektion basierend auf GS Modell im Zuchtmaterial
S. 6 + 7
GS in Pflanzen- und Tierzucht
S. 8 - 14
Was ist Gentechnik?
Anwendung von molekularbiologischen Methoden zur Analyse und Veränderung des Genoms
- Analyse des erbgutes mittels molekularen Markern und Genomsequenzierung -> Marker unterstützte Züchtung, keine gentechnische Veränderung
- dauerhafte Veränderung des Erbgutes durch experimentelle Übertragung von Genen -> Gentechnik im engeren Sinn
Was sind Anwendungsbereiche der Gentechnik in der Landwirtschaft?
Pflanzenzüchtung: als diagnostisches Werkzeug (z.B. Marker-gestützte Selektion), für Herstellung transgener Pflanzen
Tierzucht
Genetische Transformation
Genetisch stabile Veränderung durch experimentelle Übertragung von Genen (Einbringen fremder DNA in das Erbgut eines Organismus)
Transformierte Pflanzen = transgene Pflanzen
- GVO (gentechnisch veränderter Organismus)
- GMO (genetically modified organism)
Transformierte DNA = Transgen
Transgen - Cisgen
Transgen: Übertragung von genen einer anderen Art
Cisgen: Übertragung von Genen derselben Art
Was sind Ziele von GVO in der Züchtung?
Gezieltes Einbringen von Genen (erzielen neuer Eigenschaften, Zeitgewinn)
Überwinden der Artgrenzen
Unterbindung von unerwünschten Eigenschaften (toxische oder allergene Substanzen)
Gezielte Herstellung von Metaboliten
Züchtungsforschung
Reduzierter Pesitzideinsatz (Resistenzen)
Steigerung der Stresstoleranz
Verbeserung der Nährstoffaufnahme (biologische Stickstofffixierung)
Verbesserung der Produktequalität
Produktion spezifischer Inhaltsstoffe
Wie ist der Ablauf von genetischer Transformation?
Isolierung des gewünschten Zielgens (Anfertigung des Genkonstruktes)
Übertrag des gewünschten Gens (indirekter oder direkter Gentransfer)
Regeneration einer fertilen Pflanze (Selektion auf erfolgreiche Transformation)
Expression des übertragenen Gens (Aktivität oft ungenügend, Spontanes gene-silencing)
Zielgen
Einbringen eines neuen Gens
Transgen: Artfremdes Gen
Cisgen: Gen derselbe oder nahverwandten Art
Hemmung eines Zielgens: EInbau der Sequenz in umgekehrter Reihenfolge
Genkonstrukt
Transkription eines Transgens erfordert einen geeigneten Promoter, konstitutiv (kontinuierliche Expression) oder spezifisch (in bestimmten Geweben und induzierbar)
Selektion erfolgreicher Transformation wird durch Marker Gen erleichtert
S. 31
S. 31
Indirekter, vektorbasierter Gentransfer
Agrobacterium tumefaciens
Übertragungsvektor (TI-Plasmid)
Sehr häufig angewendet
Effizienteste Methode für viele Dykotyledonen
Bei Monokotyledonen nicht problemlos (nicht ursprüngliche WIrte von A. tumefaciens)
Direkter, vektorloser Gentransfer
Mikroprojektilbeschuss, v.a. Monokotyledonen
Mikroinjektion
Plastidentransformation
- inkubation in DNA Lösung (Polythylenglykol, Elektroporation)
S. 37 - 41
S. 37 - 41
Genom- Editing
Einführen gezielter Mutationen in genomischer DNA
- Forschung
- Medizin
- Landwirtschaft
Universelles System
- spezifischer Zielort
- Spezifische Mutation
- Anwendbar in allen Organismen
Crispr-Cas9: gezieltes Genom-Editing
Klassische Transformation: zufällig
Mit Crispr-Cas9 kann gezielt jeder Bereich des Genoms editiert werden
Crispr-Cas9 Prinzip
S. 45
spezifische guide RNA
Cas9 Complex bindet und verursacht Doppelstrangbruch
Reparatur
Crispr-assoziierte Protein 9 Nuklease von Streptococcus pyogenes (Cas9) wird von RNA ans Ziel geführt
Detektiert und degradiert fremde DNA in Bakterien
Doppelstrangbrüche NHEJ und HDR
NHEJ
- non-homologous-end-joining
- unspezifisch, häufig
- knockout, gene-silencing
HDR
- homology-directed-repair
- spezifisch, selten
- Einbau von Zielsequenzen möglich
ANwendungsbereiche GVO
Input traits:
- Herbizidresistenz (Roundup, BASTA)
- Insektenresistenz (Bt)
- Virusresistenz
- Pilzresistenz
- Stresstoleranz
- Photosyntheseeffizienz
Output traits:
- Haltbarkeit (FlavrSavr, Tomate)
- Inhaltsstoffe: Fettsäuren, Stärke, Karotin
- Molecular Pharming (Impfstoffe, Proteine)
Breeding tools:
- Männliche Sterilität
- GURT (Terminator Technik)
S. 54 - 57
54 - 57
Input-traits
Primärer Nutzen fpr Produzenten
Resistenz gegen Insekten (Mais, Baumwolle, Tomate, Kartoffel)
Herbizid Resistenz / Toleranz (Mais, Soja, Baumwolle, Raps, Reis, Zuckerrübe)
Krankheitsresistenz (Papaya, Kartoffel, Zucchetti)
Output-traits
Primärer Nutzen für die Konsumenten
Verbesserte Lagerfähigkeit (Tomate)
Verbesserte Inhaltsstoffe
Neue Inhaltsstoffe
Veränderte Zusammensetzung
Non-traditional products
Pharmaceuticals
Oral vaccines
Phytoremediation
Phytosensors
Biofuels
Energy crops
Plastic
Gentechnologie Nutzen
Erhöhte Produktivität
Verbesserter Pflanzenschutz
Bessere Lager- / Verarbeitungseigenschaften
Verbesserte Qualität / Verbesserter Nährwert
Gezielte Produktion gewünschter Inhaltsstoffe
Verringerter Pestizideinsatz
Gentechnologie Risiken
Risiken für die Pflanzenproduktion
Gesundheitsrisiken
Ökologische Risiken
Soziologische Risiken
->Regulierung und Risikoforschung
Risiken PFlanzenproduktion
Auskreuzung (“gene escape”):
Herbizidresistente Unkräuter
* Keine Superunkräuter (nur gegen jeweiliges Herbizid resistent)
* Resistenzbildung auch spontan
* Risiko des Wirkungsverlustes heutiger Herbizide
Resistenzbildung
* z.B. Bildung gegen Bt resistenter Insekten
* Resistenzmanagement nötig
Risiken Gesundheit
Allergien durch veränderte Inhaltsstoffe
- Qualität von Proteinen wird z.T. verändert
- umfangreiche Allergietests nötig
Molecular pharming
- Vermischung von Medizinischen Wirkstoffen und Nahrungspflanzen
- Produktion in Pflanzen die nicht zur Nahrungsmittelproduktion verwendet werden
Risiken Ökologie
Herbizid- / Insektizid Einsatz
- kein höherer Pestizideinsatz mit GVO
- Geringere Aufwandmengen, umweltverträglichere Herbizide
Auskreuzung
- Kreuzbare Arten notwendig
- Nicht nur bei GVO
- Wahrscheinlicher wenn Selektionsvorteil
Risiken Gesellschaft
Schwierig zu beurteilen
Schlüsseltechnologien liegen in Händen weniger Firmen
Konzentration auf wenige Kulturen -> Verringerung der Agrobiodiversität
Generell Folien anschauen
Folien anschauen
