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Resiste fino al 1969, anno in cui Dulbecco scopre retrovirus, virus animali a RNA in grado di copiare informazione genetica da RNA a DNA x enzima trascrittasi.

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1 Resiste fino al 1969, anno in cui Dulbecco scopre retrovirus, virus animali a RNA in grado di copiare informazione genetica da RNA a DNA x enzima trascrittasi inversa. DNA  RNA Dogma centrale biologia enunciato da Crick Flusso informazioni a senso unico. DNA  RNA  PROTEINE Tacite assunzioni: a cui tutti obbediscono. Successo e ortodossia. Adesione a modelli dati impedisce guardare a nuove scoperte con mente fresca. DOGMI ED ERESIE NELLA SCIENZA?

2 1950: pubblica su PNAS “mutable loci”. Cambia concetto di gene come unità fissa e immutabile dell’eredità: trova che i cambiamenti fenotipo non risultano da cambiamenti gene ma da elementi diversi. Trasposoni mais: elementi di controllo, regolano funzione geni vicini. Riorganizzazione genomica. BARBARA MCCLINTOCK

3 Non capita. Pubblica solo su Carnegie Institution of Washington Yearbook. Da genetica molecolare : trasduzione, mobilità geni resistenza antibiotici. JUMPING GENES: 1970 epidemia entusiasmo riconosciuto lavoro fondamentale della MCClintock. GENOMA non entità statica ma struttura complessa in stato equilibrio dinamico.

4 Nonostante le sue teorie sul trasferimento di informazioni genetiche attraverso i trasposoni incontrassero un generale scetticismo, poiché mettevano in discussione le teorie della genetica classica, la McClintock continuò a crederci e ad accumulare prove sperimentali che nel 1983 le valsero l’assegnazione del Premio Nobel per la Medicina.

5 Stanley Prusiner e l’ERESIA DEI PRIONI “The hypothesis that prions are able to replicate without a genome and to cause disease violated all conventional conceptions and during the 1980s was severely criticised. For more than 10 years, Stanley Prusiner fought an uneven battle against overwhelming opposition”. 1982: pubblica 1° articolo: afferma che agente infettante non possiede acidi nucleici, ma proteine. Scandalo: incredulità e ira. Oggetto attacchi anche vili. Prusiner va avanti, sequenzia aa proteina prione accettata esistenza prioni. PREMIO NOBEL nel 1997.

6 SCIENZA E TECNOLOGIA Scoperta nuove molecole: attività, isolamento principio attivo, sperimentazione clinica, industria – 1941 prima produzione, 1944 industria USA: 130 milioni unità x mese. Resistenza batterica= ceppi batteri comuni, potenzialmente letali, resistenti. Idem per molecole bioattive … talidomide: Nel 1958 studio clinico (Medizinische Klinik) su 370 pazienti, 160 dei quali erano madri in allattamento: “non sono stati osservati effetti collaterali né nelle madri né nei bambini” ritirata da commercio. lipobay, pesticidi: scoperta, uso, effetti collaterali, tolleranza, resistenza – bilancio.

7 Refrigerazione cibo: fondamentale per debellare tossinfezioni alimentari. CFC, molecole refrigeranti: FREON rivoluzione industria refrigerazione. Anni 1950: frigo in ogni casa, surgelatori, condizionamento aria, propellenti ideali (lacca, profumi, spume barba, lozioni, prodotti pulizia, insetticidi) Inizio 1970: prodotti annualmente 1 milione tonnellate CFC. Molecole ideali, avevano reso il mondo migliore.

8 Idillio durò fino al 1974: allarme su problemi inattesi. CFC finiscono nella stratosfera: dove ozono protegge terra da radiazioni UV solari mortali. Atomi cloro dei CFC aumentano tasso decomposizione ozono, ripetutamente. Rowland e Molina predissero la scomparsa dello strato ozono. Anni di studi, ricerche, reports. SCETTICISMO

9 Dati 1985 in Antartide fecero capire globalit à del problema. 1987: Protocollo Montreal impegnava paesi firmatari a diminuire CFC fino a bando totale. 1995: Rowland e Molina vinsero premio Nobel x chimica x riconosciuti effetti CFC a lungo termine. The discovery of the Antarctic ozone hole, as reported in Nature 25 years ago, was one of the most dramatic scientific findings of modern times. To mark the anniversary, Nature presents the original research paper reporting the considerable decline in springtime atmospheric ozone concentration over Antarctica, along with a new Opinion piece from one of the paper's authors, plus a collection of related articles that have advanced our understanding of the stratosphere and the ozone layer, or told the story of the discovery.

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12 PIANTE TRANSGENICHE: RICERCA GENETICA MOLECOLARE Arsenale metodologico con enormi potenzialità di innovazione (eterosi, fotosintesi, perennialismo, resistenza a stress abiotici e biotici [ Arabidopsis ]) NB: alcune nuove tecnologie producono mutazioni sito specifiche = mutanti identici a quelli prodotti per mutagenesi. Altre producono piante trans solo nella radice. Marker Assisted Selection (grano) OGM: DI CHE COSA STIAMO PARLANDO? TECNOLOGIA: INGEGNERIA GENETICA (insulina, interferone, vaccini, chimosina)

13 Quelle che rendono le piante capaci di:  tollerare diversi tipi di erbicidi (SOIA round up ready)  produrre tossine in grado di uccidere insetti parassiti e quindi di resistere ai loro attacchi (MAIS Bt). QUALI SONO LE MODIFICAZIONI GENETICHE CHE HANNO AVUTO PIU’ SUCCESSO?

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16 85% delle coltivazioni transgeniche nel mondo è rappresentato da piante capaci di tollerare erbicidi. 2009: 114 milioni ha su 134

17 Richieste a EU Cotone: 22 eventi – 15 Erbicide Resistance (ER) Mais: 60 eventi – 43 ER Colza: 13 venti – 13 ER Soia: 12 eventi – 11 ER Riso: 1 evento – 1 ER Barbabietola da zucchero: 3 eventi – 3 ER … TOTALE 119 di cui 88 ER = 80% EU: unico evento coltivato mais Bt (MON 810) per TOT 108,000 ha.

18 N° of deliberate releases of GMOs into the environment for field trails ( ). EU Total N° 2404

19 N° of deliberate releases of GMOs into the environment for field trails ( ) FRANCIA ITALIA, UK

20 L’IDEOLOGIA DI MISTER FIX IT

21  Qual è l’impatto delle coltivazioni GM sull’ambiente ?  I geni per la tolleranza agli erbicidi rilasciati in campo aperto possono diffondersi originando piante “superinfestanti”?  Quale è la probabilità di trasferimento dei geni per la resistenza agli antibiotici dalle piante GM agli organismi del suolo?

22 The Ecological Risks and Benefits of Genetically Engineered Plants. Wolfenbarger and Phifer, Science, 2000, “... A review of existing scientific literature reveals that key experiments on both the environmental risks and benefits are lacking. The complexity of ecological systems presents considerable challenges for experiments to assess the risks and benefits and inevitable uncertainties of genetically engineered plants. Collectively, existing studies emphasize that these can vary spatially, temporally, and according to the trait and cultivar modified.”

23 The Ecological Risks and Benefits of Genetically Engineered Plants L. L. Wolfenbarger and P. R. Phifer Science 15 December Vol. 290, no. 5499, pp

24 Numerosi studi e ricerche hanno dimostrato “unexpected events", relativi alla coltivazione di piante transgeniche Diffusione di transgeni attraverso ibridazione di piante transgeniche con specie selvatiche vicine Resistenza delle piante coltivate agli erbicidi Resistenza degli insetti alle tossine transgeniche Rilascio nel suolo delle tossine transgeniche, da parte delle radici delle piante transgeniche Trasferimento di geni ingegnerizzati dalle piante transgeniche ai batteri del suolo. OGM: non era così semplice

25 Trasferimento di geni ingegnerizzati dalle piante transgeniche ai batteri del suolo.

26 Young transgenic plants. Kanamycin resistance is widely used to create genetically engineered plants. The use of this marker is to remain permitted. Successfully transformed cells growing up to GM plants. Non- transformed cells stop growing in the presence of the antibiotic. Trasferimento di geni ingegnerizzati dalle piante transgeniche ai batteri del suolo.

27 Negli esperimenti di laboratorio, 2 microgrammi di DNA da barbabietola transgenica erano capaci di ottenere trasformanti batterici alla frequenza di 5.4 x 10 -9, evidenziando la possibilità di trasferimento di geni dalle cellule vegetali ai batteri del suolo competenti e forniti di sequenze omologhe. Trasferimento di geni ingegnerizzati dalle piante transgeniche ai batteri del suolo.

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29 American Scientist January-February , 1, p. 20 Nel 2008 usati circa 23 milioni Kg di antibiotici. Il 70% non per trattare infezioni, ma nella produzione alimentare, soprattutto negli allevamenti animali. Antibiotici diventati un ingrediente della catena alimentare. A basse dosi regolano espressione geni per virulenza. Trasferimento di geni ingegnerizzati dalle piante transgeniche ai batteri del suolo.

30 Numerosi studi e ricerche hanno dimostrato “unexpected events", relativi alla coltivazione di piante transgeniche Diffusione di transgeni attraverso ibridazione di piante transgeniche con specie selvatiche vicine Resistenza delle piante coltivate agli erbicidi Resistenza degli insetti alle tossine transgeniche Rilascio nel suolo delle tossine transgeniche, da parte delle radici delle piante transgeniche Trasferimento di geni ingegnerizzati dalle piante transgeniche ai batteri del suolo. OGM: non era così semplice

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32 Ellstrand N. C When transgenes wander, should we worry? Plant Physiology, 125, Rieger et al Pollen-mediated movement of herbicide resistance between commercial canola fields. Science, 296, 5577, pp Stewart et al Genetic modification: Transgene introgression from genetically modified crops to their wild relatives. Nature Reviews Genetics 4, Diffusione di transgeni attraverso ibridazione di piante transgeniche con specie selvatiche vicine

33 Esperimento su larga scala ed in pieno campo, compiuto in Australia su 48 milioni di piante, ha riportato che il polline di varietà di Brassica napus GM per la resistenza ad un erbicida era capace di ibridare con piante non GM che crescevano fino a 3 Km. “ Gene transfer is a complex process and is dependent on many factors, including environmental conditions, plant variety, insect behavior, and plant density. These observations, coupled with our data on long- distance pollen movement, indicate that laboratory and small-scale experiments may not necessarily predict pollination under commercial conditions ”. Diffusione di transgeni attraverso ibridazione di piante transgeniche con specie selvatiche vicine

34 PHARMA PLANTS Rischio reale: USDA ha rifiutato la richiesta di Ventria Biosciences di coltivare 120 acri di riso transgenico che conteneva due tipi di proteine umane utili per combattere le infezioni: lattoferrina e lisozima. USDA afferma che il rischio di pollinazione incrociata con colture vicine è troppo alto. REVIEW. Genetic modification: Transgene introgression from genetically modified crops to their wild relatives. Stewart et al Nature Reviews Genetics 4, Diffusione di transgeni attraverso ibridazione di piante transgeniche con specie selvatiche vicine

35 Numerosi studi e ricerche hanno dimostrato “unexpected events", relativi alla coltivazione di piante transgeniche Diffusione di transgeni attraverso ibridazione di piante transgeniche con specie selvatiche vicine Resistenza delle piante coltivate agli erbicidi Resistenza degli insetti alle tossine transgeniche Rilascio nel suolo delle tossine transgeniche, da parte delle radici delle piante transgeniche Trasferimento di geni ingegnerizzati dalle piante transgeniche ai batteri del suolo. OGM: non era così semplice

36 Incremento della resistenza ad erbicidi. Contaminazione del pool genetico naturale e alla creazione di ibridi "superinfestanti" dotati di doppia o tripla resistenza agli erbicidi. Il caso più significativo di flusso genico tra piante coltivate è rappresentato dalla tripla resistenza presente in piante di canola agli erbicidi Roundup, Liberty, and Pursuit (MacArthur M. (2000). Triple-resistant canola weeds found in Alberta. The Western Producer. (February 10, 2001) /news/ news01. html CANOLA FIELDS FOR EVER Resistenza delle piante coltivate agli erbicidi

37 A federal court extended a ban on planting of genetically engineered alfalfa last week. Alfalfa that has been altered to tolerate applications of the herbicide glyphosate will only be allowed back on the market after the U.S. Department of Agriculture (USDA) finishes a detailed environmental impact study. USDA says that could take 2 years. The agency approved so-called Roundup Ready alfalfa in 2005, but 3 months ago, the U.S. District Court in San Francisco, California, ruled that the study should have come first (Science, 16 March, p. 1479). Transgenic Hay Mowed SCIENCE VOL 316, 11 MAY 2007, 815 Resistenza delle piante coltivate agli erbicidi

38 The judge imposed a temporary ban on planting in March and last week made the order permanent. USDA will now examine the risk that increasing use of glyphosate will produce glyphosate-resistant weeds, as well as the economic impact on farmers of cross-pollination between conventional and genetically engineered alfalfa plants, especially those grown to produce seed. Several alfalfa seed producers in Idaho have reported finding traces of the Roundup Ready gene in stocks of conventional seed. In last week’s decision, the judge wrote that “such contamination is irreparable environmental harm.” John Turner, an official with the USDA office that regulates transgenic crops, said that the judge “is asking questions that we haven’t had to answer before,” but he called the assignment “doable.” Transgenic Hay Mowed SCIENCE VOL 316, 11 MAY 2007, 815

39 Transgenic Hay Mowed A federal court extended a ban on planting of genetically engineered alfalfa last week. Alfalfa that has been altered to tolerate applications of the herbicide glyphosate will only be allowed back on the market after the U.S. Department of Agriculture (USDA) finishes a detailed environmental impact study. USDA says that could take 2 years. The agency approved so- called Roundup Ready alfalfa in 2005, but 3 months ago, the U.S. District Court in San Francisco, California, ruled that the study should have come first (Science, 16 March, p. 1479). The judge in the case, Charles Breyer, imposed a temporary ban on planting in March and last week made the order permanent. USDA will now examine the risk that increasing use of glyphosate will produce glyphosate-resistant weeds, as well as the economic impact on farmers of cross-pollination between conventional and genetically engineered alfalfa plants, especially those grown to produce seed. Several alfalfa seed producers in Idaho have reported finding traces of the Roundup Ready gene in stocks of conventional seed. In last week’s decision, Breyer wrote that “such contamination is irreparable environmental harm.” John Turner, an official with the USDA office that regulates transgenic crops, said that the judge “is asking questions that we haven’t had to answer before,” but he called the assignment “doable.” USDA is considering hiring outside experts to help with the study. SCIENCE VOL MAY 2007, 815

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41 In Mexico, a country that harbors over 60% of maize’s (Zea mays L.) genetic variation and where there was a moratorium on all open-field plantings after Tests for activity of two specific recombinant proteins from the most common commercial maize GMVs in the US in 2002: CP4/EPSPS (RoundUp Ready maize) and Cry1Ab/Ac (Bt maize).

42 PLoS ONE 4(5): e5734. doi: /journal.pone

43 Numerosi studi e ricerche hanno dimostrato “unexpected events", relativi alla coltivazione di piante transgeniche Diffusione di transgeni attraverso ibridazione di piante transgeniche con specie selvatiche vicine Resistenza delle piante coltivate agli erbicidi Resistenza degli insetti alle tossine transgeniche Rilascio nel suolo delle tossine transgeniche, da parte delle radici delle piante transgeniche Trasferimento di geni ingegnerizzati dalle piante transgeniche ai batteri del suolo. OGM: non era così semplice

44 Crop plants genetically engineered to produce insecticidal toxins derived from the bacterium Bacillus thuringiensis (Bt) are being grown on millions of hectares, but their success will be short-lived if pests adapt to them quickly. A high selective pressure on target insects is due to the constant production of Bt toxin by growing transgenic crops and by their residues. Resistenza degli insetti alle tossine transgeniche

45 Anche per le colture di piante GM produttrici di tossine Bt potrebbe verificarsi, nel giro di alcuni anni, l'evoluzione della resistenza negli insetti-target, dovuta alla forte pressione selettiva esercitata sugli insetti stessi dalla produzione costante di tossine in ogni cellula della pianta GM e dalla presenza delle stesse nei residui colturali. Resistenza degli insetti alle tossine transgeniche

46 The primary strategy for delaying insect resistance to transgenic Bt plants is to provide refuges of host plants that do not produce Bt toxins. This potentially delays the development of insect resistance to Bt crops by providing susceptible insects for mating with resistant insects. Resistenza degli insetti alle tossine transgeniche

47 Resistance has developed in nature to many pest control tactics. The risk of insect resistance is real, but may be reduced with proper planning. The best way to preserve the benefits and insect protection of Bacillus thuringiensis (B.t.) technology is to develop and implement an Insect Resistance Management (IRM) plan. A key component of any IRM plan is a refuge: a block or strip of the same crop that does not contain a B.t. technology for controlling targeted insect pests. The primary purpose of a refuge is to maintain a population of insect pests that are not exposed to the B.t. proteins. The lack of exposure to B.t. proteins allows susceptible insects nearby to mate with any rare resistant insects that may emerge. Susceptibility to B.t. technology would then be passed on to their offspring, helping to preserve the long-term effectiveness of B.t. technologies. To help reduce the risk of insects developing resistance, the refuge should be planted with a similar hybrid/variety, as close as possible to, and at the same time as the B.t. technologies. With an effective IRM plan in place, farmers will continue to benefit from the effective and consistent insect protection and top yield potential found in crops containing these technologies. Resistenza degli insetti alle tossine transgeniche

48 Refuge Requirements Plant the refuge at the same time as the B.t. technologies Mixing non-B.t. seed with B.t. technologies is not permitted To avoid inadvertent mixing of seed in the planting process, be sure to clean all seed out of hoppers when switching from non-B.t. seed to traited seed, or vice versa Adjacent and separate refuge fields must be planted and managed by the same farmer If the corn refuge is planted on rotated ground, then the B.t. corn technologies must also be planted on rotated ground If the corn refuge is planted on continuous corn ground, then the B.t. corn technologies can be planted on either continuous corn ground or rotated ground Farmers should monitor their fields and contact their seed dealer or Monsanto at if performance problems are observed. Common R e f u g e A common refuge is a single field that serves as a refuge for both above-ground pests (e.g. corn borer) and below-ground pests (e.g. corn rootworm) at the same time. Sprayed R e f u g e In a sprayed refuge, at least 20% of the total cotton acres must be non-B.t. cotton. This refuge may be treated with any insecticide (excluding foliar B.t. products). The refuge must be located within one mile of the B.t. field. Resistenza degli insetti alle tossine transgeniche

49 Insect resistance management (IRM) is the term used to describe practices aimed at reducing the potential for insect pests to become resistant to a pesticide. Bt IRM is of great importance because of the threat insect resistance poses to the future use of Bt plant-pesticides and Bt technology as a whole Resistenza degli insetti alle tossine transgeniche

50 In the USA, the EPA requires Bt corn farmers implement refuge areas to these guidelines. 1. Growers may plant up to 80% of their corn acres with Bt corn. At least 20% must be planted with non-Bt corn (refuge area) 2. Refuge area mush be within, adjacent to or near the Bt cornfields. It must be placed within 1/2 mile of the Bt field. 3. If refuge are strips within a file, the strips should be at least 4 rows The EPA requirement is 20% refuges in corn- growing areas and 50% in cotton areas. (see: The Economics of Within-Field Bt Corn Refuges, AgBio Forum, 2000). Resistenza degli insetti alle tossine transgeniche

51 "Insect resistance to Bt crops: evidence versus theory" Tabashnik, Gassmann, Crowder, Carrière. Nature Biotechnology, February Bt-resistant populations of bollworm, Helicoverpa zea, were found in more than a dozen crop fields in Mississippi and Arkansas between 2003 and "What we're seeing is evolution in action," said lead researcher Bruce Tabashnik “This is the first documented case of field-evolved resistance to a Bt crop.” FIRST CASE OF INSECT RESISTANCE TO BT COTTON Resistenza degli insetti alle tossine transgeniche

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54 Numerosi studi e ricerche hanno dimostrato “unexpected events", relativi alla coltivazione di piante transgeniche Diffusione di transgeni attraverso ibridazione di piante transgeniche con specie selvatiche vicine Resistenza delle piante coltivate agli erbicidi Resistenza degli insetti alle tossine transgeniche Rilascio nel suolo delle tossine transgeniche, da parte delle radici delle piante transgeniche Trasferimento di geni ingegnerizzati dalle piante transgeniche ai batteri del suolo. OGM: non era così semplice

55 Rilascio nel suolo delle tossine transgeniche, da parte delle radici delle piante transgeniche

56 Piante di melanzana trasformate con un gene di Dahlia merckii che produce la defensina Dm-AMP1, una proteina attiva contro funghi fitopatogeni. NEW PHYTOLOGIST, 2004, 163: Rilascio nel suolo delle tossine transgeniche, da parte delle radici delle piante transgeniche

57 NEWS FEATURE NATURE, Vol 455, pp , 16 October 2008

58 Profit (conventional maize)€743 / hectare Economic advantage with transgenic Bt maize€43 / hectare Added costs of cleaning machinery €38.38 (sowing machine) €56.84 (harvester/combine) €1.48 (transporter) Added costs of planting buffer strips Region with 10% GM maize €9-€17 / hectare (9 m buffer strip) €16-€30 / hectare (18 m buffer strip) Region with 50% GM maize €3.77-€50 / hectare (9 m buffer strip) €6.79-€60 / hectare (18 m buffer strip) Added costs of joint buffer strip enclosing 8 adjacent GM maize fields Region with 50% GM maize €3.77-€50 / hectare (9 m buffer strip) €6.79-€60 / hectare (18 m buffer strip) The added costs for planting buffer strips are per hectare. The costs include labour, management, and machinery costs, and assume that farmers would separately harvest and discard yield from buffer strips. Experience in Spain has shown that farmers preferred to harvest buffer strips together with GM maize and label the batched harvest as GM, significantly reducing costs from those shown in this table.

59 Le tecniche di analisi della sostanziale equivalenza richieste da EFSA sono antiquate e permettono solo una determinazione approssimativa del numero di copie dei frammenti inseriti ma non la sequenza con cui sono inseriti, la dimostrazione che l’inserimento non ha provocato cambiamenti nel genoma, l’analisi del metaboloma.

60 Il cibo proveniente da piante OGM è equivalente a quello tradizionale dal punto di vista alimentare? Quali sono i vantaggi del consumo di cibo transgenico per il consumatore? Le piante transgeniche resistenti agli erbicidi possono contenerne maggiori quantità rispetto alle piante non- transgeniche?

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62 Attuali principi di biosicurezza dell’agenzia Europea EFSA: basati sul principio della “SOSTANZIALE EQUIVALENZA” fra una varietà transgenica e la stessa non trasformata. Presentazione da parte delle imprese produttrici di dossier che testimoniano la sostanziale equivalenza. Gli studi coprono una serie di argomenti relativi impatti agronomici, nutrizionali, ambientali o sulla salute dei consumatori. Un’importanza minore è stata fin qui riservata alla caratterizzazione molecolare delle piante e del cibo GM ed alla organizzazione del genoma. Non si considerava che l'inserimento di qualsiasi gene estraneo in un organismo può provocare reazioni imprevedibili se va ad interferire con il funzionamento di vie metaboliche fondamentali e se non è opportunamente regolato nella sua espressione (Firn R. D., Jones C. G. (1999). Secondary metabolism and the risks of GMOs. Nature, 400, 14-15).

63 Altro studio, sul mais transgenico MON810, generato attraverso trasferimento diretto di DNA con microproiettili. L’integrazione del transgene nel genoma dell’ospite causava riarrangiamenti del costrutto dovuti a multimerizzazione e a ripetizioni tandem del transgene con intersperse sequenze di DNA della pianta in un singolo locus. La struttura del transgene differisce notevolmente dal costrutto del plasmide originario, riportato dalla Monsanto stessa (http://www.agbios.com/).

64 Makarevitch et al., Analisi completa della sequenza dei loci transgenici di piante GM. Evidenti riarrangiamenti del DNA inserito in due diverse varietà di avena. Regioni con caratteri dei diversi transgeni mescolati alla rinfusa.

65 INTERAZIONE CON LE CATENE TROFICHE DEGLI ECOSISTEMI Impatto delle colture GM sui microrganismi non-target del suolo. Rappresenta un rischio documentato. La maggior parte dei microorganismi del suolo sono indispensabili per il funzionamento dei cicli di materia ed energia, per la fertilità dei suoli e la nutrizione delle piante. Molti studi hanno dimostrato che con l’introduzione delle piante GM, eventi inattesi possono verificarsi anche a carico di organismi non- target benefici - batteri del suolo e funghi - che rivestono un ruolo fondamentale nei cicli biogeochimici (Giovannetti et al., 2006; Castaldini et al., 2006).


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