Система искусственной генетической трансформации

Агроинфильтрация - шприцевание Agrobacterium с трансгенами в листья

“I eat organic food and drink only green tea– gallons of it when I’m writing. I smoke cigarettes, but organic ones”*

12.46M

Category:

biology

Транскрипция и трансляция. Генетическая трансформация

1.

Лекция 8
Транскрипция и трансляция

2. Центральная догма генетики

Репликация ДНК: образование копий ДНК,
передаваемых от клетки к клетке, от родителя
потомку
ДНК хромосомы: хранит генетическую
информацию в виде генов
Транскрипция: образование РНК копий генов
иРНК: временная копия гена, содержащая
информацию о синтезируемом полипептиде
Трансляция: образование полипептида на основе
информации иРНК
Функциональные РНК:
тРНК,
рРНК,
иРНК и др.
Полипептид: становится частью функционального
белка

3.

4.

Стадии транскрипции
Инициация
Функция промотера – место
определения
транскрипционных факторов
Транскрипционные факторы
обеспечивают связь РНК
полимеразы с промотером,
формирующих закрытый
промотерный комплекс
Вслед за связыванием ДНК
денатурирует образуя
открытый промотерный
комплекс
Элонгация
РНК полимераза скользит
вдоль ДНК в открытом
комплексе и синтезирует РНК
транскрипт
Терминация
По достижению
терминаторного сайта РНК
полимераза отсоединяется
от ДНК

5. Структура гена

Ген может быть определен как дискретный участок ДНК
транскрибируемый в РНК
В процессе экспрессии гена, последовательности ДНК
окружающие его определяют:
Силу экспрессии гена
Время экспрессии
Место (ткань или тип клеток) экспрессии гена
Транскрипция осуществляется большим ферментативным
комплексом называемым РНК полимераза
В большинстве случаев РНК полимераза связывается со
специфической последовательностью ДНК перед геном,
называемой промотером
Промотер привлекает РНК полимеразу к гену и «сообщает»
ферменту о гене
Ген так же называют транскрипционной единицей
Молекула РНК образующаяся на основе гена называется
транскрипт

6.

Организация гена и транскрипта простейших
ДНК
Регуляторная
последовательность
Промотер
Терминатор
ДНК
Транскрипция
Регуляторная
последовательность: место
прикрепления регуляторного белка,
определяющего уровень
транскрипции
Промотер: место прикрепления РНК
полимеразы, определяет место
начала транскрипции
Терминатор: определяет конец
транскрипции
мРНК
мРНК
Старт
кодон
Рибосом
связывающий
сайт
Кодоны
Стоп
кодон
Рибосом связывающий сайт: место
прикрепления к рибосоме, область
начала трансляции мРНК
Старт кодон: определяет первую
аминокислоту в полипептидной цепи, у
высших - метионин
Кодоны: 3-х нуклеотидные
последовательности мРНК,
определяющие аминокислоты
Стоп кодон: определяет завершение –
конец полипептидного синтеза

7.

Синтез РНК транскрипта
ДНК
Кодирующая
цепь
Матричная
цепь
Спирализация ДНК
РНК полимераза
Открытый комплекс
Деспирализация ДНК
РНК
Направление
транскрипции
ДНК-РНК
гибридный
участок
Нуклеотиды,
присоединяемые к 3’
концу РНК
РНК полимераза
скользит вдоль
ДНК, создавая
открытый комплекс.
Матричная цепочка
ДНК используется в
качестве основы для
синтеза
комплементарной
цепи мРНК
Правило
комплементарности
АУ/ГЦ
Нуклеозид
трифосфаты
7

8.

Анимация механизма транскрипции

9. 10. Трансляция

• Процесс синтеза белка на матричной РНК называется трансляцией

11.

12.

Рибосомная РНК (рРНК):
•рибосома содержит 64% рРНК и 36%
белка,
•состоит из малой 30S и большой 50S
субъединиц;
•в цитоплазме рибосомы расположены
группами, образуя полисомы
Рибосома
мРНК
Полипептидная
цепь
Рибосомы видимые с помощью электронного
микроскопа
Модель бактериальной рибосомы
50S субъединица
Модель структуры рибосомы
Полипептид
тРНК
мРНК
30S субъединица
12

13.

Трансляция
Инициация соединяет вместе
тРНК, мРНК и рибосому
Большая
Субъединицы
рибосомы
UAC
антикодон
1 Инициация
Малая
мРНК
UAG
Стоп кодон
AUG
Старт кодон
Аминокислоты присоединяются
одна за другой, образуя
полипептид 2 Элонгация
AUG
Старт кодон
Полипептид
Считывание стоп
кодона приводит к
завершению синтеза
UAG
Стоп кодон
3 Терминация
13

14.

Анимация механизма трансляции

15.

16.

Структура тРНК
Транспортная РНК (тРНК):
• Осуществляет транспортировку
аминокислот к рибосоме
• По трехмерной структуре тРНК
напоминает форму клеверного листа
• Для каждой из 20 аминокислот своя
тРНК
Двойная спираль
А
3′ конец
Акцепторн
ый сайт
5′ конец
Двойная спираль
Акцепторный
сайт
• Длина молекулы тРНК примерно 80
нуклеотидов
• Антикодона определяет связываемую
аминокислоту
• Акцепторный сайт удерживает
аминокислоту
Б
Антикодон
• Присоединение аминокислот к тРНК
обеспечивает фермент аминоацил-тРНКсинтетаза.
Антикодон

17.

Структурные уровни формируемые белками
Первичная
Вторичная
Третичная
Четвертичная
Белковая
субъединица
В зависимости от
аминокислотной
последовательности

18.

Генетический код
Генетический код триплетный каждая из 20 входящих в состав белков
аминокислот кодируется тремя
нуклеотидами (кодоном)
Ген. код вырожденный - одна
аминокислота может быть
закодирована не одним, а несколькими
триплетами нуклеотидов, например,
метионин кодируется одним кодоном
АУГ, а валин - четырьмя кодонами ГУА,
ГУЦ, ГУГ, ГУУ
Ген. код неперекрывающийся началом старта считывания любого гена
является кодон АУГ, задающий состав
нуклеотидов последующих триплетов
Ген. код универсален для практически
всех живых организмов, от бактерий до
человека

19.

Структура гена эукариот
Ген
Процессинг
Ген
Некодирующая Кодирующая
ДНК
межгенная ДНК
Некодирующая
ДНК
Кодирующие участки гена – экзоны
Некодирующие участки гена – интроны
Участки некодирующей ДНК между генами –
межгенная ДНК
Начало
транскрипции
ТРАНСКРИПЦИЯ
Первичный транскрипт
Ген хромосомной ДНК, состоящий из
промотера, экзонов и интронов,
транскрибирутся в мРНК, содержащую
кодирующие и некодирующие участки
Процессинг первичного транскрипта
удаляет интроны и оставляет только экзоны
Белки образуются на основе кодирующих
участков
СПЛАЙСИНГ
мРНК
ТРАНСЛЯЦИЯ
Белок
Терминатор

20.

Генетическая трансформация

21.

Традиционная селекция
Донор признака
Гибридизация
традиционной селекции
приводит к смешению
генетической
Желаемый ген
информации
коммерческого сорта и
растения -донора
Коммерческий сорт Новый сорт
(передается множество генов)
=
X
(скрещивания)
Целевой ген
Генетическая инженерия
Использование
генетической инженерии
позволяет передавать
единственный целевой
ген в генотип растения
Целевой ген
Коммерческий сорт Новый сорт
(передается только желаемый ген)
=
(трансформация)
Целевой ген

22. Применение

Устойчивость к болезням
Устойчивость к вредителям
Устойчивость к гербицидам
Толерантность к засолению
Толерантность к загр. тяжелыми металлами
Улучшение питательных характеристик

23.

Методы введения ДНК в клетки растений

24.

Генная пушка
Семядоли Vicia faba после
Бомбардировки микрочастицами

25.

Бактерия Agrobacterium tumefaciens –
природный генетический инженер
– Содержит плазмиду (~250kbp) называемую Tumor-inducing (Ti) плазмидой
• Часть Ti плазмиды переносится от бактериальной клетки в растительную TDNA (Tumor DNA)
– T-DNA интегрирует в ДНК растения, вызывая опухолеобразование
Опухолеобразование на
растении, вызванное
A.tumefaciens

26.

Механизм трансформации растительных клеток Ti
плазмидной ДНК A.tumefaciens в природных условиях

27. Система искусственной генетической трансформации

+
Кокультивация
48 ч
Эмбрио экспланты
Агрокультура
Каллус индуцирующая
среда
Отмывание
эксплантов
Отбор трансгенных эмбриоидов
Регенерировавшее с использованием GFP/NPT II систем
трансгенное растение
Эмбрио
стимулирующая среда

28. Агроинфильтрация

29. Агроинфильтрация - шприцевание Agrobacterium с трансгенами в листья

30. Агроинфильтрованный табак

37. “I eat organic food and drink only green tea– gallons of it when I’m writing. I smoke cigarettes, but organic ones”*

Discussing her “healthy” lifestyle in Organic Style magazine March 2005.

English Русский Rules