Transgenní tabák jako hyperakumulátor kadmia

Transgenic tobacco as cadmium hyperaccumulator

Transgenní tabák jako hyperakumulátor kadmia

Daniela Pavlíková1, Jiřina Száková1, Tomáš Macek2, Martina Macková3, Pavel Tlustoš1, Jiří BALÍK1

1KAVR AF ČZU, 2ÚOCHB AV ČR, 3 Ústav biochemie a mikrobiologie, VŠCHT

Souhrn, klíčová slova

Pro experimenty byly využity rostliny tabáku (Nicotiana tabacum L.) var. Wisconsin 38, netransformované jako kontrolní a trasgenní, připravené kombinací genu CUP1 pro metallothionein a genu pro histidinovou kotvu. Srovnání geneticky modifikované linie tabáku s kontrolními rostlinami ukázalo významně zvýšenou kumulaci kadmia v nadzemní biomase a současně i větší odolnost transgenních rostlin vůči toxickému působení Cd.

Transgenní tabák, kadmium, fytoremediace

Summary, keywords

Tobacco, Nicotiana tabacum L., var. Wisconsin as the control, and genetically modified line of the same variety, bearing the transgene coding for polyhistidine cluster, combined with yeast metallothionein gene CUP1, was tested in this experiment. The accumulation of cadmium and the ability to tolerate Cd significantly increased in transgenic plants compared to control tobacco.

Transgenic tobacco, cadmium, phytoremediation

Úvod

Jednou z možností odstranění polutantů z půdy je fytoremediace - použití rostlin k akumulaci a odstranění těchto látek ze životního prostředí. V přírodě byla popsána řada rostlin s vysokou schopností kumulace rizikových prvků. Nevýhodou těchto rostlin, tzv. hyperakumulátorů, je však často nízký výnos nadzemní biomasy, a tím i malý odběr rizikových prvků. S cílem získat rostliny s vysokým výnosem biomasy i příjmem rizikových prvků byla připravena řada transgenních rostlin s vnesenými geny např. pro bílkoviny transportující kovy přes membrány (Frančová et al., 2001).

Metody

Pro experimenty byly využity rostliny tabáku (Nicotiana tabacum L.) var. Wisconsin 38, netransformované jako kontrolní (WSC-38) a transgenní, připravené kombinací genu CUP1 pro kvasničný metallothionein a genu pro histidinovou kotvu z komerčního plasmidu pTrc-HisA (HisCUP) (Macek et al., 2002). Rostliny byly opakovaně pěstovány šest týdnů jako písková kultura s přídavkem Knopova živného roztoku. Do roztoku bylo přidáno 0,2, 0,6, 1,8, 5,4 a 16,2 mg Cd.l-1 jako Cd(NO3)2.4H2O. Cd v rostlinné biomase bylo stanoveno po rozkladu vzorků suchou cestou metodou AAS (Varian SpectrAA-300).

Výsledky - diskuse

Opakované pěstování transgenního tabáku ukázalo větší odolnost těchto rostlin vůči kadmiu ve srovnání kontrolními. Při prvních třech koncentracích Cd v živném roztoku (0,2 - 0,6 - 1,8 mg Cd) nebyly pozorovány žádné příznaky toxicity. Příjem Cd transgenními rostlinami potvrdil naše předchozí výsledky, kdy bylo v nadzemní biomase transgenního tabáku stanoveno o 90 % více kadmia (Macek et al., 2002). Při nižších dávkách Cd (0,2 a 0,6 mg Cd) byla koncentrace Cd v nadzemní biomase vyšší o 81, resp. 60 % v porovnání s kontrolou. Při vyšší dávce Cd v roztoku se rozdíl v obsahu tohoto prvku v rostlinách transgenních a kontrolních snížil. V transgenním tabáku byly stanoveny obsahy jen o 15 - 30% vyšší. Dávka 5,4 mg Cd však již ovlivnila růst kontrolních rostlin a současně se na listech objevovaly chlorózy. Nejvyšší dávka 16,2 mg Cd způsobila po 4 týdnech postupné odumírání kontrolních rostlin. Transgenní rostliny poškozeny nebyly.

Použitá literatura

Frančová K., Macek T., Demnerová K., Macková M.: Chem. Listy 95: 630-637, 2001

Macek T., Macková M., PavlíkováD., Száková J., Truksa M., Singh Cundy A., Kotrba P., Yancey N., Scouten W.H.: Acta Biotechnol. 22 (1-2): 101-106, 2002-07-22

Řešeno v rámci grantu GA ČR 526/02/0293, výzkumného záměru MŠMT 412100005 a Z4055905.