Indukovaná RNAi proti esenciálním genům metabolismu dusíku jako nástroj pro kontrolu GM rostlin

Abstract

Jednou z obav při pěstování geneticky modifikovaných (GM) rostlin je nebezpečí jejich nekontrolovaného šíření. Možným nástrojem pro jejich kontrolu by teoreticky mohla být indukovaná RNA interference proti některému z životně důležitých genů. Po aplikaci indukční látky by došlo k umlčování exprese tohoto esenciálního genu a tím i k usmrcení GM rostliny rozšířené mimo vyhrazenou kultivační plochu. Pro testování této strategie a indukci umlčování byly v této práci zvoleny geny pro dva klíčové enzymy dusíkového metabolismu, glutamátsyntázu (GOGAT) a glutaminsyntetázu (GS). GS zpracovává amonné ionty do podoby glutaminu, GOGAT pak přenáší amidovou skupinu z glutaminu na 2-oxoglutarát za vzniku dvou glutamátů. GS a GOGAT jsou hlavní cestou na zpracování amonných iontů, které mohou být ve zvýšené míře pro rostliny toxické a blokování jejich fixace při fotorespiraci vede k silné inhibici fotosyntézy. Cílem této práce bylo popsat projevy umlčování genů pro GOGAT a GS u modelové rostliny Arabidopsis thaliana. Pro umlčování byly připraveny vlásenkové konstrukty pod konstitutivním nebo pod estradiolem-indukovatelným promotorem. U vybraných transformantů nesoucích vlásenku proti GOGAT byly při aplikaci estradiolu v in vitro podmínkách pozorovány projevy umlčování tohoto genu projevující se jako chloróza a...

Uncontrolled spreading of genetically modified (GM) plants is one of the main concerns about their cultivation. Inducible RNA interference against an essential gene could be a tool for control of GM plants. After spraying with a chemical inducer, the essential gene will be silenced so the treated GM plant will die. For testing this strategy we chose two key enzymes of nitrogen metabolism, glutamate synthase (GOGAT) and glutamine synthetase (GS). GS processes ammonium ions into glutamine, then GOGAT transfers the amide group from glutamine to 2-oxoglutarate to form two glutamates. GS/GOGAT cycle is the main pathway for assimilation of ammonium ions, which could be toxic to plants in a higher concentration. Disruption of ammonium assimilation during photorespiration causes a strong inhibition of photosynthesis. The aim of this work was to describe the effects of silencing GOGAT and GS genes in Arabidopsis thaliana. To induce silencing, RNAi hairpin constructs under a control of constitutive or estradiol-inducible promoter were prepared. In selected independent transformants with the inducible hairpin against GOGAT, chlorosis and reduced growth were observed after the estradiol treatment in in vitro conditions. However, the spraying with estradiol was tricky, at the whole plant level, the induction of...