• Εργαστήριο Γενετικής και Βελτίωσης Φυτών

Μάθημα: Βιοτεχνολογία Φυτών

                    Μάθημα:   Βιοτεχνολογία Φυτών

Ι. Διδάσκοντες

Αλέξης Πολύδωρος, Ειρήνη Νιάνιου-Ομπεϊντάτ

  1. Περιγραφή Μαθήματος. Η γεωργική Βιοτεχνολογία έχει ανοίξει νέους δρόμους στη βελτίωση των φυτών και δείχνει τις τεράστιες δυνατότητες που έχει αυτός ο νέος κλάδος της γενετικής. Η εφαρμογή αυτής της μεθοδολογίας συμπληρώνει και ενισχύει τη κλασική βελτίωση. Στην εισαγωγή δίνονται οι ορισμοί όπως Βιοτεχνολογία, Γενετική Μηχανική, Διαγονιδιακά φυτά , Γενετικά Τροποποιημένοι Οργανισμοί. Γίνετε αναφορά σε διαφορετικές  πηγές γονιδίων  και  την αξιοποίηση τους.  Στο πρώτο μέρος  γίνεται μια ανασκόπηση των βασικών βιολογικών γνώσεων  (μοριακών εργαλείων)  που είναι απαραίτητες για την κατανόηση της τεχνολογίας του ανασυνδιασμένου DNA και τη χρήση της Γενετικής Μηχανικής στη βελτίωση των φυτών. Στη συνέχεια περιγράφονται οι in vitro χειρισμοί του γενετικού υλικού, αρχές και μέθοδοι γενετικής τροποποίησης στα φυτά και οι βασικές προϋποθέσεις σε ένα σύστημα μεταφοράς γονιδίων για την παραγωγή διαγονιδιακών φυτών με βελτιωμένους χαρακτήρες . Συγκεκριμένα περιγράφεται η διαδικασία της κλωνοποίησης των γονιδίων σε βακτηριακά  κύτταρα, οι τεχνικές (ανάλογα με το είδος του φυτού) που επιτρέπουν την ενσωμάτωση νέων χαρακτήρων όπως  η τεχνική του Α. tumefaciens και του εκτοξευτήρα DNA, ο σχηματισμός διαγονιδιακών φυτών, μελέτη των παραγόντων που επηρεάζουν την γενετική τροποποίηση και  την αναγέννηση των γενετικά τροποποιημένων εκφύτων σε υποστρώματα επιλογής, η ενσωμάτωση και έκφραση του διαγονίδιου και ανάλυση του. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στο Γενετικό έλεγχο των νέων χαρακτήρων στα καλλιεργούμενα φυτά και στο τρόπος κληρονόμησης των διαφόρων αγρονομικών χαρακτήρων. Επιπρόσθετα  περιγράφεται και η επιλογή στην γενετική τροποποίηση των χλωροπλαστών, η έκφραση των ανασυνδυασμένων πρωτεϊνών στα φυτά και   πλεονεκτήματα γενετικής τροποποίησης χλωροπλαστών. Στην επόμενη ενότητα αναφέρεται  η χρήση  των νέων μοριακών εργαλείων  “μοριακών ψαλιδιών” για ακριβή ενσωμάτωση των διαγονίδιων  και η νέα γονιδιακή τεχνική CRISPR. Στο τελευταίο μέρος περιγράφονται η εφαρμογές της βιοτεχνολογίας στα φυτά όπως η δημιουργία φυτών ανθεκτικών σε ζιζανιοκτόνα φάρμακα, βιοτικούς και αβιοτικούς παράγοντες  , ποιότητα και ιδιαίτερα χαρακτηριστικά, τρόφιμα υψηλής διατροφικής αξίας. Τέλος,  γίνεται αναφορά στο χειρισμό και στην εμπορία  της  καλλιέργειας,  στον έλεγχο  των ΓΤΦ και προϊόντων τους, στη νομοθεσία ΕΕ για τους ΓΤΟ ( Κανονισμός που αφορά τα νέα ή νεοφανή τρόφιμα) αλλά και  στους προβληματισμούς και προοπτικές (ανταπόκριση-προκλήσεις- ευκαιρίες).

III. Στόχος του μαθήματος

Το μάθημα αυτό έχει στόχο να εξοικειώσει τους φοιτητές:

  • με τις εφαρμογές της Βιοτεχνολογίας στη γεωργία, τα τρόφιμα, την διατροφή του ανθρώπου και την προστασία του περιβάλλοντος 
  • τη χρήση μοριακών εργαλείων και νέων τεχνικών  στη δημιουργία   ενός  ολοκληρωμένου τεχνολογικού  συστήματος  που ονομάζεται Γενετική Μηχανική
  • τη δυνατότητα να χειριζόμαστε γονίδια από οποιοδήποτε οργανισμό με δυνατότητα της δημιουργίας φυτών ανθεκτικών σε βιοτικούς και αβιοτικούς παράγοντες, φυτών με επιθυμητά βρώσιμα χαρακτηριστικά αλλά και παραγωγή πολύτιμων προϊόντων στα φυτά, φάρμακα, εμβόλια και άλλα.
  • Να ενθαρρύνει την κριτική σκέψη για τη χρήση  ΓΤΟ στη σύγχρονη γεωργία. 

IV. Μαθησιακοί στόχοι

Μετά την ολοκλήρωση αυτού του μαθήματος οι φοιτητές πρέπει να είναι σε θέση να:

  • Να κατανοούν το ρόλο των σύγχρονων Βιοτεχνολογικών μεθόδων και προσεγγίσεων στην  βελτίωση φυτών
  • Να κατανοούν την εφαρμογή της τεχνολογίας του ανασυνδυασμένου DNA για μεταφορά νέων χαρακτήρων στα φυτά.
  • Να κατανοούν τις διαφορές μεταξύ της συμβατικής βελτίωσης και της εφαρμογής νέων τεχνολογίων στη βελτίωση των φυτών

Ύλη που θα καλυφθεί

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 1η       Εισαγωγή στη Βιοτεχνολογία

  • Τι είναι Βιοτεχνολογία
  • Ο ρόλος των σύγχρονων Βιοτεχνολογικών μεθόδων και προσεγγίσεων
  • Επιστημονικές και τεχνολογικές εξελίξεις με σημαντικές εφαρμογές στη γεωργία, τα τρόφιμα, την διατροφή του ανθρώπου την προστασία του περιβάλλοντος
  • Γενετικά Τροποποιημένοι Οργανισμοί
  • Μελέτη της λειτουργίας των γονιδίων
  • Μελλοντικές προοπτικές

     ΕΒΔΟΜΑΔΑ 2η   Τεχνολογία του Ανασυνδυασμένου DNA- Γενετική Μηχανική

  • Βασικά εργαλεία και τεχνικές του ανασυνδυασμένου DNA- Συνοπτική αναφορά σε:
    • Ενδονουκλεάσες περιορισμού και πέψεις. DNA λιγάση
    • Ηλεκτροφόρηση - Διαχωρισμός μορίων DNA 
    • Υβριδισμός
    • DNA πολυμεράση και PCR
  • Χρήση μοριακών εργαλείων και νέων  τεχνικών  στη δημιουργία   ενός  ολοκληρωμένου τεχνολογικού  συστήματος  που ονομάζεται Γενετική Μηχανική

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 3η       Πηγές γονιδίων –Απομόνωση και Κλωνοποίηση γονιδίων σε πλασμιδιακούς φορείς

  • Πηγές γονιδίων
  • Φορείς
  • Κλωνοποίηση γονιδίων σε βακτηριακά κύτταρα
  • Ένθεση του DNA στο φορέα που φέρει γονίδια ανθεκτικότητας σε αντιβιοτικά 
  • Εισαγωγή φορέα σε πληθυσμό βακτηρίων - Μετασχηματισμός
  • Δημιουργία cDNA με τη χρήση αντίστροφης μεταγραφάσης
  • Πολλαπλασιασμός DNA με PCR

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 4η    Βιβλιοθήκες γενετικού υλικού

  • Κατασκευή βιβλιοθήκης
    • σε YAC, BAC, πλασμιδιακούς φορείς
  • Σάρωση βιβλιοθήκης για απομόνωση γονιδίων
  • Αλληλούχιση του γενώματος  

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 5η    Σχηματισμός διαγονιδιακών φυτών

  • Διαγονιδιακα φυτά- Ορισμός
  • Πηγές γονιδίων και  αξιοποίηση τους
  • Βασικές προϋποθέσεις γενετικής τροποποίησης
  • Σχηματισμός διαγονιδιακών φυτών - Τεχνικές
  • Ιστοκαλλιέργεια - Εργαλείο παραγωγής γενετικά τροποποιημένων φυτών

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 6η       Αγροβακτήριο και μεταφορά DNA

  • Η φυσική δράση του Agrobacterium tumefaciens
  • Agrobacterium tumefaciens και μεταφορά DNA
  • Ti πλασμίδιο
  • Δυαδικό σύστημα φορέα Αγροβακτηριού
  • Μετασχηματισμός με ανασυνδυασμένο βακτήριο
    A. tumefaciens
  • Γονίδια επιλογής
  • Γονίδια αναφοράς
  • Έκφραση του Διαγονιδίου

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 7η       Άλλες Μέθοδοι γονιδιακής  τροποποίησης

  • Γενετική Τροποποίηση με τη Βιοβαλιστική Μέθοδο
  • Γενετική Τροποποίηση πρωτοπλαστών με ηλεκτροπόρωση
  • Σύγκριση των διαφόρων μεθοδολογιών
    • Πλεονεκτήματα
    • Μειονεκτήματα

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 8η       Γενετική Τροποποίηση Χλωροπλαστών

  • Χλωροπλαστικό γονιδίωμα
  • Oμόλογοι ανασυνδυασμοι κατά την γενετική τροποποίηση του χλωροπολαστικού DNA
  • Επιλογή στην γενετική τροποποίηση των χλωροπλαστών
  • Έκφραση ανασυνδυασμένων πρωτεϊνών στα φυτά
  • Πλεονεκτήματα γενετικής τροποποίησης χλωροπλαστών
  • Εφαρμογές

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 9η  Νέα μοριακά εργαλεία -Τεχνολογικές εξελίξεις

  • Χρήση “Μοριακών Ψαλιδιών” για ακριβή ενσωμάτωση των διαγώνιων
  • Η τεχνολογία παρεμβολής RNA (RNA interference) ως ένα ισχυρό επεμβατικό εργαλείο για τη λειτουργική αδρανοποίηση επιλεγμένων γονιδίων στόχων
  • CRISPR: Νέα  γονιδιακή τεχνολογία
    • Δομική & λειτουργική ανάλυση του συστήματος CRISPR Cas9

 

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 10η      Εφαρμογές της Βιοτεχνολογίας στα Φυτά

  • Δημιουργία διαγονιδιακών φυτών για αντοχή σε:
    • Αβιοτικούς παράγοντες
    • Ζιζανιοκτόνα φάρμακα
    • Ακραίες συνθήκες περιβάλλοντος
    • Αλατότητα
    • Υδατική καταπόνηση
    • Υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες
    • Βαρέα Μέταλλα

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 11η      Φυτά Ανθεκτικά σε Βιοτικούς παράγοντες     

  • Δημιουργία διαγονιδιακών φυτών για αντοχή σε:
    • Έντομα
    • Ιούς
    • Μύκητες και Βακτήρια

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 12η      Νέα η Νεοφανή Τρόφιμα 

  • Νέα η Νεοφανή τρόφιμα
  • Ποιότητα
  • Ιδιαιτέρα χαρακτηριστικά
  • Τρόφιμα υψηλής διατροφικής αξίας
  • Τρόφιμα για ειδικές ομάδες καταναλωτών

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 13η      Διαχείριση ΓΤΟ -Νομοθεσία-Προκλήσεις

  • Διαχείριση καλλιέργειας και Εμπορίας 
  • Καλλιέργεια  και Έλεγχοι ΓΤΦ και Προϊόντων τους
  • Νομοθεσία ΕΕ - Κανονισμός που αφορά τα νέα η νεοφανή τρόφιμα
  • ΓΤΟ και προβληματισμοί
  • Προοπτικές  - Ανταπόκριση σε προκλήσεις και ευκαιρίες
  • Η επόμενη ημέρα των ΓΤΟ

Search