1. Įvadas Biotechnologijos apibrėžimas. Biotechnologijos samprata. Biotechnologijos kryptys miškų ūkyje. Biotechnologijos perspektyvos miškų ūkyje.

Biotechnologijos apibrėžimas Biotechnologija tai biologinių procesų panaudojimas technologijoms kurti (FAO 2004). Miško medžių biotechnologija apima tokias pagrindines sritis: Genomika. Genetinė inžinerija. Genetinės įvairovės tyrimai. Mikrodauginimas. Mikorizacija.

FAO apžvalga “Biotechnologija miškų ūkyje” Naujausia biotechnologijų miškų ūkyje tyrimų ir taikymo apžvalga patiekta 2004 m.FAO ataskaitoje “Biotechnologija miškų ūkyje) Ataskaitoje žymiausi miško biotechnologijos specialistai apžvelgė ir reziumavo biotechnologijų vystymo tendencijas kryptys miškų ūkyje FAO ataskaitą galima rasti internete: http://www.fao.org/docrep/008/ae574e/ae574e00.htm

Biotechnologijos samprata (1) Miško medžių biotechnologijos tikslas suderinti palyginti naujas tyrimų kryptis su tradiciniais gentiniais-selekciniais tyrimais. Genomika: genų identifikacija Mikrodauginimas: genotipų kopijų gamyba Tradiciniai tyrimai Genetinė įvairovė: genų įvairovės nustatymas Genų inžinerija: genų modifikacija ir perkėlimas Genetiškai modifikuota drebulė Kinijoje: Populus tomentosa atspari lapų graužikams

Biotechnologijos samprata (2) Biologinis procesas: geno įtakos sumažinimas prie geno kodą nešančios iRNR molekulės prijungus jai komplementarią RNR molekulę. Taip sudarant dviejų grandinių iRNR, kuri yra nestabili, sunkiau patenka į citoplazmą ir į ribosomą. Technologinis biologinio proceso panaudojimas: nustačius su lignino sinteze medienos ląstelės sienelėje susijusio geno nukleotidų seką, galima dirbtinai įterpti naują geną, produkuojantį iRNR, kuri yra komplimentari (tinkanti jungčiai) su liginio geno iRNR. Tokiu būdu bus sumažintas lignino procentas medienoje. Mažesnis ligino kiekis pageidaujamas požymis popieriaus masės gamyboje, kai reikia atskirti ligniną nuo celiuliozės. Pinus medienos ląstelės 1 2 Lignino genas 3 DNR DNR RNR Lignino geno iRNR Dviejų grandinių iRNR DNR Naujo geno iRNR DNR Naujas genas

Kas yra genomika? Genomika tai genetinių tyrimų šaka apimanti genų ir jų funkcijos tyrimus (genomo tyrimai). Genomika suderina visų genetikos sričių metodus ir rezultatus, pagrindinį dėmesį skiriant molekulinės genetikai, rekombinantinės DNR technologijoms ir bioinformatikai. Genomikos tyrimų pavydžiai Genų ekspresijos tyrimai: tam tikroje aplinkoje, audiniuose išreikštų genų nustatymas Molekulinių žymenų paieška: požymio ir žymens sąsajos nustatymas Genomų sekvenavimas: DNR nukleotidų sekų nustatymas ir genų paieška pagal tipines genui amino rūgštis Genome- the complete set of genetic information of an organism including DNA and RNA.

Genomų dydis Paveikslas iš Benfey P. 2004. Essentials of genomics. Prentice Hall, 400 p.

Kas yra genetinė inžinerija? Genetinė inžinerija (sin. genetinė modifikacija) tai dirbtinė genų modifikacija ląstelėje ir nelytinio genų perkėlimo metodų naudojimas tikslinei natūralių produktų ir procesų modifikacijai (FAO 2004). Pagrindiniai etapai: Geno izoliavimas ir įterpimas į bakterijos plazmidę. Transformuotų bakterijų identifikacija. Įterpimas į augalo audinius. Netransformuotų audinių identifikacija. Vegetatyvinis dauginimas.

Kas yra genetinės įvairovės tyrimai? Genetinės įvairovės tyrimai tai genetinės įvairovės dydžio ir dėsningumų miško medžių populiacijose tyrimai molekuliniame lygmenyje, panaudojant molekulinius žymenis. Figure 3: Geographic distribution of cpSSR haplotypes 116/96/144 (Haplo03) and 116/100/143 (Haplo04, allele size at the three loci Pt 26081, Pt 63718, and Pt 71936, respectively) across the Norway spruce natural range. Circles representing the populations are proportional to the relative within-stand haplotype frequency (from Vendramin et al., 2000). Vendramin GG, Anzidei M, Madaghiele A, Sperisen C, Bucci G (2000) Chloroplast microsatellite analysis reveals the presence of population subdivision in Norway spruce (Picea abies K.). Genome 45 (21): 321-325.

Kas yra mikrodauginimas? Mikrodauginimas tai vegetatyvinis dauginimas in vitro (dirbtinėje aplinkoje): augūnų šaknydinimas, organogenezė ir somatinė gemalų genezė (FAO 2004). Definicijos Morfogenezė- tai ląstelių diferenciaciją į skirtingus audinius ir struktūras. Oganogenzė- organų formavimosi ir vystymosi procesas: augalų morfogenzėje tai ūglių ir šaknų diferenciacija iš kaliuso, meristemos ar suspensinių audinių (audiniai skystoje maitinimo terpėje) ląstelių. Kai ląstelių diferenciacijos galutinis rezultatas yra apibrėžtas organas (šaknis, ūglis), šis procesas vadinamas organogenezė; kai diferenciacijos galutinis rezultatas nėra organas – morfogenezė (pvz. organo užuomazga ar organų kompleksas). Audinių kultūra- tai augalo išauginimas iš audinių laboratorijoje. In vitro dauginimas- auginimas dirbtinėje aplinkoje (laboratorijoje). Meristema- aktyviai besidauginančios ląstelės produkuojančios naujus audinius. Sitkinės eglės gemalo formavimasis iš neapvaisintos kiaušidės audinių

Kas yra mikorizacija Mokorizacija tai dirbtinis medelių šaknų užkrėtimas mikorize tikslu padidinti šaknų absorbcinį potencialą.. Mikorizė - abipusiškai naudinga augalų šaknų simbiozė su grybais; augalai iš grybų gauna tirpių azoto junginių ir fiziologiškai aktyvių medžiagų, o grybai iš augalų – angliavandenių, vitaminų.

Perspektyvos miškų ūkyje Taikant biotechnologijas miškų ūkyje, tradicinės ūkininkavimo strategijas pakeis trumpos rotacijos specifinės genetinės sudėties plantaciniai želdiniai. Žemiau pateiktas tokios strategijos pavyzdys. Selekcija = pranašūs genotipai, genai ir genetiškai modifikuotų medžių (GMM) sukūrimas. GMM mikrodauginimas laboratorijoje ir = donoriniai klonai. Medelynas ir vegetatyvinis dauginimas = sodmenys Želdymas – trumpos apyvartos ūkiniai miškai (nedidelė rūšies genetinė įvairovė, ūkiniu požiūriu patogus sistematinis medžių išdėstymas) Medynų priežiūra (sanitarinė priežiūra) Natūralus atkūrimas nebus taikomas (nes lytinis dauginimo būdu gauti palikuonys gali neturėti modifikuotų genų) .

Biotechnologijų taikymo pavyzdys: somatinės gemalų genezės vystymo strategija Džordžijos technologijos institute, JAV