農業バイオテクノロジー、方法、利点、例を理解する
農業バイオテクノロジーを理解する
このバイオテクノロジーは、薬局や医療、食品だけでなく、農業にも応用できます。 堆肥とバイオガスの製造は、農業バイオテクノロジーの応用における1つの簡単な例です。 現時点での農業バイオテクノロジーの利用は現代的な方法で行われています。ここに農業バイオテクノロジーのいくつかの例があります。
農業バイオテクノロジー は、人間の食物に対するニーズを満たすことを目的としたバイオテクノロジーの開発における科学の重要な分野の1つです。 人口のほとんどが農業で生計を立てている熱帯および農業の国として、インドネシアには多様な動植物があります 動物相は非常に高く、農業部門への依存度も非常に高いため、バイオテクノロジーの開発努力は非常に重要です。 絶対の。
植物の特性の改善は、バイオテクノロジーによる遺伝子組み換え技術を使用して、害虫、病原体、および除草剤に耐性のある優れた品種、高生産性を得ることができます。 分子生物学の発展は、植物育種科学の進歩に大きく貢献してきました。 従来の植物育種による遺伝的改良が世界の食糧供給に非常に大きな貢献をしたことは否定できません。
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農業バイオテクノロジーの利点
農業バイオテクノロジーには多くの利点があります。これらの利点には次のものがあります。
- 優れた特性を持つ子孫を生み出します。
- 植物の成長と発達を促進し、農業の収穫量を増やします
- 競争の激しいアグリビジネス製品を生産します。
- さまざまな害虫や条件に耐性のある植物の作成。
- 自分で肥料を作れる植物をつくります。
- 環境汚染を減らし、生産コストを削減します。
多くの利点を提供することに加えて、農業バイオテクノロジーにはいくつかの弱点もあります。これらの弱点は次のとおりです。
- トランスジェニック植物から他の植物への花粉の拡散による外部交雑の発生。
- 代償効果があります。
- 殺虫剤に耐性のある新たな標的害虫。
- 非標的害虫に対する副作用の出現。
- それをロードするためのコストは比較的高いです。
- 高度な技術が必要なため、組み立てには特別なスキルを持った人が必要です。
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農業バイオテクノロジーコンポーネント法
農業におけるバイオテクノロジーの構成要素は、植物とその物質、技術、および育種製品です。 農業バイオテクノロジーの分野で使用される技術のいくつかは次のとおりです。
従来の結婚の選択と交配
植物の遺伝子工学は新しいものではありません。 農業の発展以来、農家は希望する特性に応じて種子を選択してきました。 交雑育種は大きなトウモロコシの穂軸を生み出すことができますが、 たくさんの水と現代的な方法で得られた優れた種子ですが、この方法は時間がかかり、 確かに。 希望する特性に応じて優れた種子を得るために、それは間の交配によって行われます 2種類の植物と、片方の親を持つ雑種の子孫の間で交配を繰り返します。
実際、異なる種の植物は、遺伝的形質を植物から分離することができないため、基本的に交配することはできません。 バイオテクノロジーにより、これらの制限を克服することができます。 科学者は今、望ましい形質の特定の遺伝子を植物に移すことができます。 植物は遺伝学者にいくつかの利点を示すため、このプロセスは迅速かつ確実です。
- 交雑育種の長い歴史は、植物遺伝学者に分子的に利用できる豊富な菌株を提供します。
- 植物は多くの子孫を生み出すので、組換え突然変異を簡単に見つけることができます。
- 植物は動物よりも再生能力が優れています。
- 種の境界と性的適合性は永続的な問題ではありません。
従来のハイブリダイゼーションと遺伝的形質転換から生じる品種の遺伝子の比較
この従来の手法には、長所と短所の両方があります。 従来の技術の利点は、優れた種子を生産できることですが、欠点は、同じ種(タイプ)でしか生産できないことです。
クローニング(単一の細胞から植物を育てる)
一般に、植物細胞は動物とは異なりますが、バイオテクノロジーにとって重要な植物細胞の特徴の1つは、単一の細胞から複数の植物が再生できることです。
形成された新しい植物は、親細胞の新しいクローン(クローン)を持っています。 植物細胞のこの自然な能力は、それらを遺伝子研究に理想的なものにします。 新しい遺伝物質が植物細胞で生成された後、それはすぐに形成されます 成熟した植物や研究者は、比較的短時間で遺伝子組み換えの結果を見つけることができます。
プロトプラストフュージョン
プロトプラスト融合は、下等植物から高等植物へと起こる自然なプロセスです。 プロトプラスト融合は、プロトプラストといくつかの種の他のプロトプラストとの組み合わせであり、ハイブリッド植物に成長できる細胞を形成します。
プロトプラズマ融合による体細胞ハイブリダイゼーションは、性的または無性的に組み合わせることができない2つの種または属の他の形質を組み合わせるために使用されます。 これは、同じ種のゲノム全体を組み合わせることによって行うことができます (種内)、または同じ属の種間(種間)、または1つの属間 家族(属間)。
植物が傷ついたとき、カルスと呼ばれる多くの細胞が傷ついた領域で成長します。 カルス細胞は、新芽や根、さらには顕花植物全体に分化する能力を持っています。 これらの細胞の自然の可能性は、遺伝子工学に理想的な新しい植物候補にプログラムされています。 植物細胞と同様に、カルス細胞はセルロースの厚い壁に囲まれています。これは、新しいDNAの形成を妨げる障壁です。 細胞壁はセルロース壁で破壊され、プロトプラストと呼ばれる細胞壁のない細胞を生成することができます。 これらのプロトプラストは、いくつかの種からの他のプロトプラストと組み合わせて、ハイブリッド植物に成長できる細胞を形成することができます。 この方法はプロトプラスト融合と呼ばれます。
プロトプラスト融合の目的は、体細胞雑種または雑種を取得すること、または性的雑種の欠点を克服することです。 性的雑種には次のような欠点があります。
- 種間および属間ハイブリッドを取得することは困難です。 体細胞ハイブリダイゼーションはこれを克服することができます。
- 性交における細胞質は、女性の親からのみ発生します。 受精の過程で、男性の配偶子は細胞質が少ない核しか運ばないのに対し、女性の親では核と細胞質に加えて運びます。 2人の親から細胞質を取得するために、細胞質間の融合が行われます。
プロトプラスト融合は、種間または植物株間の交配を実行するために使用できます 非互換性の問題により、通常のクロスでは実行できません 物理的。 プロトプラスト融合は、以下の可能性を開きます。
- 性的に不適合な種の間で肥沃な複二倍体体細胞雑種を生成します
- 通常は栄養繁殖のみが可能な1つの植物種、たとえばジャガイモでヘテロ接合株を生成します。
- 染色体除去と呼ばれる現象を利用して、ある種から別の種にいくつかの遺伝情報を転送します。
- ある株または種から別の株または種への細胞質内の遺伝情報の転送。
プロトプラスト融合は2つの可能な製品を生み出すことができます:
- ハイブリッド、2つの種の核が実際に融合する場合(融合)
- 親の1人からの遺伝情報が失われている間に細胞質のみが融合する場合のサイブリッド(細胞質ハイブリッドまたはヘテロプラスト)。
製品製造におけるプロトプラスト融合スキーム
この手法には長所と短所があります。 この技術の利点は、特定の特性を持つ植物を生産でき、さまざまな種で行うことができることです。 この手法の欠点は、費用がかかり、より高い精度が必要になることです(Nasir、2002:17-20)。
葉の断片技術
遺伝子導入は、病原性生物に反応して植物で自然に起こります。 たとえば、傷はアグロバクテリウム・ツメファシエンス(アグロバクテリウム)と呼ばれる土壌細菌に感染する可能性があります。 この細菌は大きなプラスミド(環状二重らせんDNA分子)を持っており、植物細胞を刺激して制御なしで継続的に成長させることができます(腫瘍)。 したがって、これらのプラスミドは腫瘍誘発(Ti)プラスミドとして知られています。 腫瘍の結果はクラウンゴールと呼ばれます。 感染中、これらの細菌は遺伝物質(T-DNA)のごく一部を宿主植物細胞のゲノムに移します。 挿入後、これらの細菌遺伝子は感染した植物細胞によって発現されました。
バクテリアプラスミドは、バイオテクノロジー専門家にDNAトランスファーの手段としてのアイデアを与えました。 その使用において、研究者はしばしばそれを葉の挿し木技術と呼びます。 この技術では、葉を細かく切り、再生し始めると、遺伝子組み換えアグロバクターを含む培地で培養します。 この過程で、DNAとTiプラスミドが宿主細胞のDNAに組み込まれ、遺伝物質が移されます。 次に、葉片にホルモンを与えて、新芽と根の成長を刺激します。
葉の切断技術による遺伝子融合のメカニズム
このプロセスの主な欠点は、アグロバクターがトウモロコシや小麦などの単子葉植物に感染できないことです。 トマト、ジャガイモ、リンゴ、大豆などの双子葉植物は、このプロセスの適切な例です。 しかし、最近の研究は、T-DNAが単子葉植物種に組み込まれる可能性があることを明確に示しています。 アグロバクターに耐性のあるバクテリアの場合、これは遺伝子銃を使用して行われます。 植物細胞の核がまだ撃つことができる植物細胞の胚でDNAに包まれた小さな金属を撃ちます 葉緑体。 この技術の利点は、望ましい特性を持つ植物を生産できることです(Amin、2009:24)。
Invitro培養技術
インビトロ培養は、ソマクローナル多様性を含む植物の遺伝的多様性を高めるために使用できる技術です(Pedrieri、2001)。 Ahlowalia(1986)によると、遺伝的変化はinvitro培養期間中または変異細胞の存在により発生する可能性があります。 種子調達のためのこの技術の別の使用は、もともとシンビジウムランに関するモレルの1960年の実験に基づいていました。
invitro培養ステップ
非常に限られた植物材料から短時間で大量の種子を生産することができ、親と同じ特性を持っています。 この成功は、従来の技術に比べて多くの利点を提供する増殖技術としてのインビトロの使用を奨励している。
ただし、そのアプリケーションで頻繁に遭遇するいくつかの障害があります。
- 木質多年生植物でのこの技術の成功はまだ低いので、その適用はまだ特定の種類の植物に限定されています。
- 頻繁に更新すると再生能力が低下する
- 得られた種子の遺伝的完全性の低下
- 順応の成功率(特に木本の多年生植物)はまだ比較的低いです
- 除去するのが難しい内部病原体(特に木質多年生植物)の存在
- 集中的で教育を受けた熟練した労働力が必要です
- かなり高い初期資本が必要
ParistiyantiのNurwandaniのPierik(2008)は、次の基準を満たしていれば、invitro培養による増殖は成功したと言えます。
- 親木の遺伝的特徴を変えない
- 病気のない外植片として使用される植物材料の強力な選択
- 伝播技術はそれほど複雑ではありません
- 高いままの再生能力、そして
- 経済的
一年生植物(ソフトウォール)では、再生の問題は一般的に問題ではありません。 特定の培地製剤を使用することにより、高い成長因子を達成することができます。 木質の多年生植物とは対照的に、次のような多くの要因が再生プロセスを妨げます。
- 低いメリセマティックパワー
- 高いフェノール酸化速度
- 強膜ネットワーク
- 有機抑制剤の含有量が高い
- ルートファクターの欠如
- リグニン含有量が高く、
- 葉のつぼみの初秋(Lestari、2010年)。
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水耕栽培と水耕栽培
水耕栽培は水を使用して機能しています。 水媒体を使用した水耕栽培など、水耕栽培で使用される方法の場合、水耕栽培で使用される方法は次のとおりです。 砂媒体を使用した砂培養、特に新しい砂利と破片媒体媒体を使用した多孔質法 レンガ。 この砂の方法で、それは適用するのに成功したそして簡単な方法です。
水耕栽培を使用する利点
- より高い作物生産
- 肥料pupukのより効率的な使用
- 自然条件に依存しない
- 害虫や病気のない植物
- より速く成長する
- 簡単にできます
- そんなに広い面積は必要ありません
水耕栽培で得られる果実にはキュウリ、ピーマン、レタスが含まれ、水耕栽培で得られる植物はスターフルーツ、グアバ、メロンです。
エアロポニックスは、養液を含む水がミストの形で噴霧されて植物の根に当たるため、水耕栽培の一種です。 エアロポニックスの適用の原則は、15cmの距離で植え穴が与えられている発泡スチロールです 次に、フォームまたはロックウールのくさびを使用して、野菜の苗を穴に差し込みます 工場。 植物の根には自由に垂れ下がっており、発泡スチロールのストランドの下にはスプリンクラーまたはアトマイザーがあり、養液のミストを上向きに放出して根に当たります。
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植物組織培養
植物組織培養は、植物の部分、すなわち細胞、組織、器官、および原形質を単離し、それらを培地上で増殖させる方法または技術です。 植物の一部が成長し、健康な植物に成長するように、管理された部屋で無菌条件下で人工的に コンプリート。
組織培養によって成長した部分は外植片と呼ばれます。 使用される外植片は通常、新芽、若い葉、根の先端などの若い植物組織からのものです。
植物組織培養の種類
- 花粉葯培養は、雄しべまたは花粉からの外植片を使用する組織培養技術です。
- 葉緑体培養は、新しい品種を作ることによって植物の特性を改善することを目的とした葉緑体外植片を使用する組織培養技術です。
- マリストム培養は、若い組織または分裂組織からの外植片または植物部分を使用する組織培養技術です。
- プロトプラスト培養は、細胞壁から除去されたプロトプラスト植物の部分または生細胞を使用する組織培養技術です。
- 体細胞交雑または原形質交雑とは、2種類の原形質を1つに交配し、それを栽培して新しい特徴を持つ小さな植物にすることです。
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新しい優れた作物のバイオテクノロジー
新しい優れた植物品種の形成におけるバイオテクノロジー。 優れた新植物の形成におけるバイオテクノロジーの応用では、人間のニーズが増え続けているため、多くが開発されています。 さらに、植物バイオテクノロジーの適用は、植物を栽培する過程で農民を容易にすることができます。 バイオテクノロジーを利用して作られたいくつかの新しい優れた植物は次のとおりです。
- バーバンクラセットポテトは、デンプン含有量が高く、より良いフライドポテトとポテトチップスを生産できるポテトです。
- 低ニコチンたばこは、喫煙によるガンのリスクを減らすと考えられているたばこの一種です。
- ゴールデンライスは、穀物が金のように黄色で、カロテノイドを含む米です。
- Tomato flavrsavrは、完熟した果実が腐りにくいトマトの一種です。
現代の農業バイオテクノロジーの役割
今日の現代のバイオテクノロジーアプリケーションの例。 バイオテクノロジーを使用して作られたいくつかの種類の新しい優れた植物は次のとおりです。
ゴールデンライス
米は世界の主要な食用作物です。 したがって、コメはバイオテクノロジーの最優先事項になります。 米に加えて、多くのバイオテクノロジーを受けた食用作物はジャガイモです。 イネへのバイオテクノロジーの応用は、実際には長い間行われてきました。 その製品の1つは、2001年に導入されたゴールデンライススティングレイです。 このタイプの米が、ビタミンAと鉄欠乏による失明と死を経験する何百万人もの人々を助けることが期待されています。 ビタミンAは、視力、免疫応答、細胞修復、骨の成長、生殖に不可欠であり、胚の成長に不可欠です。
ゴールデンライスという名前は、カロテノイドが含まれているため、生産される穀物が金のように黄色であるために付けられました。 遺伝子工学はゴールデンライスの生産に使用される方法です。 これは、カロテノイドを合成できるイネの生殖質がないためです。
ラセットバーバンクポテト
現在、バイオテクノロジー技術はジャガイモの生産に広く使用されています。 ジャガイモの優れた特性を改善するために、種子を提供する技術、ジャガイモを育てる技術、遺伝子工学の両方。 種子の提供に関しては、現在、組織培養技術が広く使用されています。 組織培養技術により、農家は親と同一の種子を大量に得ることができます。 新しいジャガイモの品種の例は、デンプン含有量が高く、 油の吸収が少ないため、フライドポテトやポテトチップスをより高品質で生産できます 揚げたとき。
トマトFlavrSavr
遺伝子工学技術は園芸作物にも適用されています。 よく知られている例はFlavrSavrトマトです。これは、完熟した果実が腐りにくいトマトの一種です。 これは、熟した果実がすぐに腐る他のトマト植物とは大きく異なります。 FlavrSavrトマトの特性は、果物が消費者の手に届くずっと前に、果物を場所に輸送するのに非常に役立ちます。
低ニコチンたばこ
喫煙の多くの不利な点の1つは、ニコチンレベルが高いことによる健康上の問題です。 この問題を克服するために、すなわちニコチンを含まないタバコ植物を組み立てることによって、バイオテクノロジーのアプローチが取られています。 2001年に、このタイプのタバコは喫煙によるガンのリスクを減らすと主張されました。 ニコチンを含まないことに加えて、他のバイオテクノロジーのタッチもタバコ植物のために実行されます、例えば、他の植物からのアロマ遺伝子を使用してアロマを増やすことによって。 効果的なのは、フルーティーなレモンの香りと組み合わせることです。
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農業バイオテクノロジーの例
植物組織分離法
組織培養技術は農業の大きな進歩です。 組織培養とは、培地組成ゲームを使用した種子の製造とその増殖です。 使用されるのは、種子、葉、新芽などの植物器官のすべての供給源である可能性があるため、挿し木を使用する従来の苗技術よりも幅が広くなります。 操作されるのは、使用される培地中のホルモンを介して完全な植物に変わる器官を構成する細胞です。 つまり、これは古いレベルのバイオテクノロジーであり、現代のバイオテクノロジーではありません。 植物組織培養は、成長点のある植物の部分を採取することによって植物を再生する方法である、invitro技術(ガラス)です。 バナナの簡単な例です。カンビウムまたはその根の先端を取り、グラスで処理します。 実験室では、その部分がそれ自体で分割され、各部分が植物を生成します 新着。 重要なのは、植物が成長点またはいわゆる分裂組織を持っている限り、植物は繁殖できるということです(Pedrieri、2001)。
カナマイシン抗生物質耐性植物
農作物の分野における遺伝子工学は、外来遺伝子を植物に移すことによって行われます。 開発された技術はプラスミド技術です。 抗生物質に耐性のある外来遺伝子が挿入されたプラスミドと細菌アグロバクテリウム・ツメファシエンス カナマイシン(操作されたプラスミド)はそれ自体を複製するために培養され、次に染色体に挿入されます 工場。 トランスジェニック植物の染色体は現在、抗生物質カナマイシンに耐性を持っているため、適切に成長および発達することができます(Nasir、2002:26)。
農薬生産植物
バチルス・チューリンゲンシスからの遺伝子を挿入することにより、ワタ植物で農作物の他の遺伝子工学を行うことができます。 挿入された遺伝子は、さまざまな昆虫の幼虫を殺すことができる特性を持っています。 この細菌の遺伝子はCryタンパク質をコードしており、植物によって生成されたCryタンパク質は昆虫の消化管で毒素を生成することができます。 これらの細菌からの遺伝子は、それらのプラスミドからクローン化され、植物に移されることができるので、結果として生じるトランスジェニック植物は、昆虫の攻撃に対して免疫を持ちます。 したがって、ワタ植物に挿入された遺伝子は、鱗翅目昆虫を殺すことができる毒素を生成します。 バチルスチューリンゲンシスプラスミドとは別に、Cryタンパク質産生遺伝子は 生物学的農薬は、枯草菌とエシェリキア・コリ(Nasir、 2002: 28).
GMO植物
遺伝子工学は、さまざまな種類の植物で実行でき、人間が望むようにパターン化された遺伝子変異を持つ植物を生産します。 このような植物はトランスジェニック植物と呼ばれます。 トランスジェニック植物は、他の生物からの遺伝子を追加した結果として、以前はこれらの植物が所有していなかった新しい形質を持つ植物です。 したがって、トランスジェニック植物は元の植物とは異なる特性を持っており、性質の違いは、植物で役割を果たす外来遺伝子の存在によって引き起こされます。 外来遺伝子は、意図的に植物に導入されたため、トランスジェニック植物に含まれていました。 トランスジェニック植物はインドネシアで開発されました。 インドネシアにおけるトランスジェニック植物の存在は
研究センターと植物検疫を通じて急速に成長し続けています。
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a。 コピー耐性GMO植物
組織培養技術により、耐塩性のトランスジェニック植物が開発されました。 遺伝子工学は、耐塩性のワイルドライスから、原形質融合によって一般的に食品として使用されるイネに遺伝子を移します。 生理食塩水に耐性のある種類の真菌から、トランスジェニック植物として使用される植物に移すこともできます。 一部のGMOトマト、メロン、大麦は耐塩性です。 -
b。 干ばつに強いGMO作物
干ばつに強い植物は、乾燥した土壌に浸透できる根を持ち、厚いキューティクルは水分の損失を減らし、細胞内の塩に適応する能力を持っています。 干ばつに強い植物は、トレハロース酵素を分泌するカビ遺伝子から移されます。 タバコは、干ばつ条件に耐えることができるトランスジェニック植物の1つです。 干ばつに対する植物の抵抗性のメカニズムは、「干ばつ脱出」または干ばつからの脱出という3つのカテゴリーに分けられます。 「脱水の延期」または脱水プロセスの遅延、および「脱水耐性」または脱水プロセスへの耐性 (ターナー、2003年)。 干ばつが発生すると、植物の根に代謝変化が起こり、芽や芽に生化学的信号が発生します 植物組織/細胞の成長速度、気孔伝導、光合成、浸透圧の低下を自動的に引き起こします(Bressan、 1998).
干ばつ、塩分、低温、ストレス要因の脅威から植物細胞を保護する自然のメカニズムの1つ もう1つは、アミノ酸とアミド、および細胞の浸透圧を高める役割を果たす糖の蓄積です(Bohnert et al。、 1995). クズネツォフら (1999)綿植物細胞におけるアミノ酸アスパラギン、プロリンとアルギニンの蓄積が高温と水不足に応じて増加したと報告しました。 これらの側面は、窒素代謝の変化の指標です。 プロリンの増加は、水分不足だけでなく、塩分とも相関しています(Kuznetsov and Shevyakova、1997)。
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c。 害虫抵抗性のGMO植物
タバコ植物は初めてBt毒素遺伝子を使用した最初のトランスジェニック植物であり、タバコファミリー、すなわちトマトとジャガイモがそれに続いた。 紫外線を使うと、植物の殺虫剤産生遺伝子を不活化することができます。 トウモロコシもBt毒素遺伝子を使用して設計されていますが、アンピシリンを不活性化する遺伝子を生成する細菌プラスミドSalmonellaparathypiと統合されています。 トウモロコシはまた、除草剤耐性と殺虫剤耐性のために設計されているため、トランスジェニックトウモロコシ植物はさまざまな種類の植物害虫耐性を持っています。
Bt毒素遺伝子もワタ植物に遺伝子操作されており、複数の遺伝子でさえトランスジェニック植物で遺伝子操作することができます。 トランスジェニック植物で生成された毒素は、日光、特に紫外線にさらされると不活化されます。 ワタ(米国ミズーリ州セントルイスのモンサントによって生産されたワタボールワームに対するBt毒素)を含む多くのBt毒素トランスジェニック植物が首尾よく生産された。 現在、南スラウェシで限定試験中)、ジャガイモ(コロラド州のベトルに対するBt毒素、マイコゲン生産、サンディエゴ、 米国カリフォルニア州)、トウモロコシ(ヨーロッパの茎の穴あけ器へのBt毒素、チバ種子生産、北カリフォルニア、グリーンズボロ、 アメリカ合衆国。
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d。 耐病性トランスジェニック植物
35Sカリフラワーモザイクウイルス(CaMV)プロモーターを使用した、オオムギの葉(DB4)からのチオニン遺伝子を含む「Bintje」クローニング実験では、 対照としてジャガイモ疫病菌に非常に敏感な野生型ビンチェを含むことは、「ビンチェ」クローンが DB4遺伝子を発現します。 Pによって引き起こされた壊死あたりの胞子嚢の数。 野生型と比較した場合、インフェスタンは55%以上減少しました。 このアプローチは、Pの増殖を抑制するのに非常に役立ちます。
経済的損失を減らすことができるように蔓延。 ウイルスの攻撃を受けないトランスジェニック植物を生産する取り組みにおいても、有望な開発が行われています。 ジョンソングラスモザイクポティウイルス(JGMV)コートタンパク質遺伝子を 植物では、植物を耐性にするウイルスに攻撃されると、植物は耐性になると予想されます 心配している。 JGMVからのCDNAフラグメント、例えば、35S CaMVプロモーターの制御を伴うエンベロープタンパク質および核封入体(Nib)タンパク質からのCDNAフラグメント、 トウモロコシに組み込むことができ、ウイルス攻撃のないトランスジェニックトウモロコシが生産されることが期待されています(Sitepoe、2001: 47).
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