TRENDS in Biotechnology Vol. 20 No.11 November 2002

Prezentacja na temat: "TRENDS in Biotechnology Vol. 20 No.11 November 2002"— Zapis prezentacji:

1 TRENDS in Biotechnology Vol. 20 No.11 November 2002
Nowy smak wina… „Genetically tailored grapevines for the wine industry” Melane A.Vivier and Isak S.Pretorius TRENDS in Biotechnology Vol. 20 No.11 November 2002 Justyna Leja Michał Zawadzki

2 Trochę historii.. Największe znaczenie gospodarcze posiada winorośl właściwa (Vitis vinifera) z podgatunku leśnego, która pochodzi z Azji Mniejszej, Azji Środkowej i Kaukazu. Od tego podgatunku wywodzi się ok odmian uprawianych powszechnie na świecie od prawie 8000 lat. Uprawę winorośli (a zatem również tłoczenie wina) zapoczątkowano prawdopodobnie w Azji Środkowej około 6000 lat p.n.e. Nieco później pojawiła się ona w Mezopotamii, Fenicji i w Egipcie. Powierzchnia światowych upraw winorośli wynosi około 9 milionów hektarów, z czego 85 % znajduje się w Europie i Azji. W Europie największe uprawy znajdują się we Francji, Hiszpanii, Portugalii, Włoszech, Grecji, Bułgarii i Niemczech. W Polsce winorośl jest rozpowszechniona w uprawie amatorskiej, ponieważ w naszym klimacie i wobec konkurencji importu, uprawy towarowe są nieopłacalne.

3 Z wielu tysięcy uprawianych odmian winorośli istnieją odmiany :
posiadające owoce nadające się do produkcji wina, soczyste o dużej zawartości cukru i kwasów organicznych (80% zbiorów) deserowe o dużych, twardych i słodkich owocach (14% zbiorów) nadające się do suszenia (rodzynki), z cienką skórką i małymi nasionami (4% zbiorów)

4 Szczep (odmiana winorośli) to jej specyficzny, ustabilizowany typ przekazujący swoje cechy potomstwu. Każdy szczep posiada cechy charakterystyczne tj: wielkość i kolor owoców, kształt liści, siła wzrostu, przystosowanie do warunków klimatycznych i glebowych, odporność na choroby i szkodniki. Klony (pododmiany), dają wina o podobnym, odmianowym charakterze, ale powstają poprzez przystosowanie się danej odmiany do specyficznych warunków lokalnych. Są świadomie selekcjonowane w celu wyboru najlepszych typów danego szczepu dla określonego regionu i stanowiska. Zwykle nie przekazują potomstwu swoich cech, wymagają ciągłej hodowli i kontroli, aby nie zatraciły swych pożądanych właściwości.

5 Hybrydy (międzygatunkowe mieszańce) W drugiej połowie XIX wieku rozpoczęto eksperymenty mające na celu połączyć zalety winorośli europejskiej - szczególnie wysoką jakość owoców i produkowanego z nich wina - z takimi cechami gatunków amerykańskich, jak odporność na choroby i szkodniki. Szczególnym powodem tych prób było pojawienie się groźnego szkodnika - filoksery - na którą szlachetna winorośl europejska okazała się zupełnie nieodporna. Najważniejsze odmiany międzygatunkowych mieszańców, to: -do produkcji win białych - seyval blanc, villard blanc, ravat blanc i vidal   -do produkcji win czerwonych - baco noir, cascade, chancellor, leon millot i villard noir.  Produkowane z nich wina zbliżają się swoim charakterem do win pochodzących od szczepów V. vinifera, jednakże cechują się zwykle dość przeciętna jakością.

6 Podkładki do szczepienia krzewów winorośli
Metodę pozwalającą na uprawę winorośli europejskiej V. vinifera. polegająca na szczepieniu krzewów odmian europejskich na podkładkach wyhodowanych z odpornych na filokserę winorośli amerykańskich. Do hodowli podkładek używa się głównie gatunków V. berlandieri, V. riparia i V. rupestris. Podkładki nie mają wpływu na aromat owoców i produkowanego z nich wina, które prezentują cechy typowe dla poszczególnych odmian V. vinifera. Natomiast wybór odpowiedniej odmiany podkładki może decydować o wysokości plonu, porze dojrzewania owoców oraz o dostosowaniu krzewu do rodzaju gleby.

7 Wino leczy… Resveratrol – fitoaleksyna, związek fenolowy produkowany w ramach systemu obronnego przed grzybami lub abiotykami, jak jony metali ciężkich czy promieniowanie UV Jest bardzo efektywnym przeciwutleniaczem, moduluje metabolizm lipidów, hamuje utlenianie lipoprotein i agregację płytek przez co może zmniejszać ryzyko choroby naczyniowo-sercowej tj.miażdżyca

8 Pterostilben - należy do grupy fitoaleksyn, strukturalnie podobny do resweratrolu,posiada silne właściwości antyutleniające, doskonale zmiata wolne rodniki, przypisuje mu się własności antynowotworowe Czerwone winogrona mają większą zawartość omawianych związków niż winogrona zielone. Obecność resveratolu stwierdzono również w czerwonym winie, nie znaleziono natomiast w winie obecności pterostilbenu

9 Procyjanidyny zawarte w nasionach są związkami oddziaływującymi na naczynia krwionośne poprzez swą aktywność przeciwutleniającą i usuwanie wolnych rodników , mają również włąsności przeciwagregacyjne płytek Procyjanidyny wykazują silną aktywność hamującą wobec enzymów związanych z degradacją kolagenu, elastyny i kwasu hialuronowego, głównych składników strukturalnych pozanaczyniowej substancji międzykomórkowej. W rezultacie dowodzi to, że procyjanidyny zapobiegają utleniającym uszkodzeniom nabłonka naczyniowego poprzez różne, dopełniające się mechanizmy

10 Genetyczna transformacja winogron
Pierwsza udana próba – 1989 Znaczący postęp po zastosowaniu embrionalnej linii komórkowej jako celu transformacji (jedynie dla kilku komercyjnie istotnych odmian) Podkładki i banki germplazmy są dogodnym celem transformacji. Aktualnie: skupienie się na metodach pozwalających na wydajną regenerację stransformowanych linii

11 Procesy związane z rozwojem i oceną transgenicznych winogron:

12 Ograniczenia transformacji:
Wielkość genomu (483 mbp, chromosomy) i jego złożoność (4% ulega transkrypcji) Projekt IGGP( Inter Grape Genome Project) Trudność transformacji: otrzymanie kultur tkankowych zdolnych do regeneracji w dorosłe rośliny i przeżycia transformacji (Agrobacterium, „strzelba genowa”), a także dalszej selekcji.

13 Ku doskonałości… Cele genetycznej modyfikacji winogron:
Wzmocnienie oporności rośliny na choroby, szkodniki Zwiększenie wydajności plonów, adaptacja do różnych warunków środowiska, tolerancja na stres Podniesienie jakości owoców

14 Wzmocnienie oporności:
zwiększenie tolerancji na patogen, wprowadzenie genu o aktywności przeciwpatogennej wprowadzenie genu kodującego białka patogenu, ulegającego ekspresji w nieodpowiednim czasie, ilości lub formie podczas infekcji Tolerancja na grzyby Geny kodujące: chitynazę z grzybów, drożdży i roślin, białko inaktywujące rybosomy, białka przeciwgrzybicze z owadów i roślin, CuZnSOD, PGIP, enzymy detoksyfikujące Tolerancja na bakterie Geny kodujące: peptydy przeciwbakteryjne(defensyny),białka Agrobacterium odp. za dysfunkcję integracji Tolerancja na wirusy Białka otoczki wirusa(antysensy, formy nie ulegające translacji), białka odp. Za wnikanie (antysensy), polimeraza RNA zależna od RNA , syntetaza 2’-5’-oligoadenylanowa

15 Najczęstszym schorzeniem jest pleśń wywoływana przez grzyb Botrytis cinerea. Standardowym sposobem walki z grzybem jest spryskiwanie roślin fungicydami – jednak po jakimś czasie pasożyty uodparniają się na chemikalia, a nagromadzenie fungicydów w glebie prowadzi do jej skażenia. Chitynaza i glukanaza mogą rozkładać ścianę komórkową grzyba wywołującego pleśń.

16 Adaptacja do warunków środowiskowych, tolerancja na stres: zwiększenie tolerancji jest trudne do osiągnięcia ze względu na złożoność mechanizmów odpowiedzi Oporność na stres wodny Białka integralne tonoplastu (TIPs), białka błonowe (PIPs) – stosowanie promotorów tkankowo specyficznych (korzenie) Stres oksydacyjny Geny: biosyntezy karotenoidów, Adh,SODs Stres osmotyczny i inne abiotyczne Geny odp. za akumulację proliny, poliamin, FeSOD, gen z ryby antarktycznej ( tolerancja na mróz)

17 Poprawa jakości owoców: odpowiedni kolor (synteza pigmentu) i akumulacja cukrów równie ważna dla 3 gałęzi przemysłu(produkcja win,rodzynek, świeżych owoców) Synteza pigmentu metylotransferazy antocyjanów, Ufgt (UDP-glukoza,3-O-glukozylotransferaza flawonoidów) oraz sekwencje regulujące ufgt Akumulacja i transport cukrów Inwertazy z roślin i drożdży, transportery sacharozy i heksoz Redukcja brązowienia (świeże owoce i rodzynki) Wyciszanie oksydazy polifenolowej Brak pestek Gen baranazy

18 Przeszkody na drodze komercjalizacji
Naukowe i techniczne Prawne, związane z legalizacją Patenty Cechy rynku (rola marki, „Big Five”: Cabernet Sauvignon, Shiraz, Merlot, Chardonnay, Sauvignon blanc) Przywiązanie do tradycji Obawy przed GMO

19 Dziękujemy za uwagę