Nif-genet i GM-kornplanter
Lov på eksamen
- Kalkulator
- CAS
- Graftegner og regneark
- Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kan den løses uten PC?
Alle deloppgavene kan løses uten PC.
Fra 2027 er det bare kalkulator og skriftlige hjelpemidler på del 2. Vurderingen er gjort med KI og kan inneholde feil.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Azotobakter er nitrogenfikserende bakterier som omdanner nitrogengass () til ammoniakk () / ammonium () ved bruk av enzymet nitrogenase. Forskere har overført genet for nitrogenase fra azotobakter til kornplanter (GM-kornplanter).
Beskriv en fordel GM-kornplanter har sammenlignet med vanlige kornplanter uten genet for nitrogenase.
Prosessen som omdanner nitrogengass til ammoniakk/ammonium, krever mye energi i form av ATP. Azotobakter har høyere aktivitet av aerob celleånding enn bakterier som ikke fikserer nitrogen.
Forklar hvorfor GM-kornplanter som står i ugjødslet jord, vokser saktere enn vanlige kornplanter (uten genet for nitrogenase) som står i jord gjødslet med nitrogenforbindelser.
Et gen som koder for nitrogenase, kalles nif-gen. I et forsøk ble et nif-gen overført til fire planter.
For å undersøke om nif-genet ble overført, gjennomførte forskere tre tester på hver av de fire plantene. Tabell 1 beskriver resultatene.
| nif-genet | mRNA-kopi av nif-genet | nitrogenase | |
|---|---|---|---|
| Kornplante 1 | ikke påvist | ikke påvist | ikke påvist |
| Kornplante 2 | påvist | påvist | påvist |
| Kornplante 3 | påvist | ikke påvist | ikke påvist |
| Kornplante 4 | ikke påvist | påvist | ikke påvist |
Det må være feil i testresultatene for en av kornplantene. Hvilken kornplante er dette? Begrunn svaret.
For å få kornplanter med nitrogenfiksering bør forskerne arbeide videre med en av kornplantene. Hvilken kornplante er dette? Begrunn svaret.
Når jorden har høyt innhold av ammoniakk/ammonium, hemmes transkripsjonen av nitrogenase-genet i azotobakter.
Forklar hvorfor dette er en nyttig tilpasning hos azotobakter.
Fasit
GM-kornplantene kan lage ammonium av nitrogengass i lufta og trenger derfor ikke nitrogengjødsel for å få nitrogen til proteiner og nukleinsyrer.
Nitrogenfikseringen bruker mye ATP fra celleåndingen. Glukose som går med til dette, kan ikke brukes til vekst. Gjødslede planter får nitrogen fra jorda uten denne kostnaden.
1) Kornplante 4. mRNA lages ved transkripsjon av genet, så det kan ikke finnes mRNA-kopi av nif-genet når genet ikke finnes.
Kornplante 2. Bare her er genet både overført, transkribert og translatert til nitrogenase.
Når det er mye ammonium i jorda, kan bakterien ta det opp i stedet for å fiksere nitrogen. Da sparer den ATP og byggesteiner som kan brukes til vekst og formering.
LøsningsforslagKI-generert
Planter trenger nitrogen for å lage aminosyrer og proteiner, nukleotider (DNA, RNA og ATP) og klorofyll. Vanlige kornplanter kan ikke bruke nitrogengassen i lufta. De må ta opp nitrat eller ammonium fra jorda, og i jordbruket tilføres dette som gjødsel.
GM-kornplantene har genet for nitrogenase. De kan selv omdanne til / og kan derfor vokse i nitrogenfattig jord uten gjødsel. Bonden sparer utgifter til gjødsel. Det blir også mindre avrenning av nitrogen til vann og dermed mindre fare for overgjødsling (eutrofiering).
Nitrogenfikseringen krever mye energi i form av ATP. Azotobakter har derfor høy aktivitet av aerob celleånding. GM-kornplantene må også lage denne ATP-en ved celleånding.
Celleåndingen bryter ned glukose som planten har laget i fotosyntesen. Når mye glukose går med til å fiksere nitrogen, blir det mindre energi og mindre organiske byggesteiner igjen til vekst. Planten får laget mindre cellulose, færre proteiner og færre nye celler.
De vanlige kornplantene i gjødslet jord tar opp ferdige nitrogenforbindelser (nitrat og ammonium) fra jorda. Det koster langt mindre energi. De kan bruke mer av glukosen til vekst, og vokser derfor raskere.
Kornplante 4. Her er mRNA-kopi av nif-genet påvist, men ikke selve genet. mRNA lages ved transkripsjon, der DNA-et i genet er mal. Uten nif-genet i cellene kan planten ikke lage mRNA-kopier av det. Ett av de to testresultatene for kornplante 4 må derfor være feil.
Resultatene for de andre plantene er mulige. Kornplante 1 har ikke fått genet. Kornplante 3 har fått genet, men det blir ikke transkribert, for eksempel fordi det mangler en promotor som virker i planten.
Kornplante 2. Det er den eneste planten der både genet, mRNA-kopien og nitrogenase er påvist. Genet er altså overført, blir transkribert til mRNA og translatert til enzymet. Bare en plante som lager nitrogenase, kan fiksere nitrogen.
Nitrogenfiksering koster mye ATP. Å lage selve enzymet koster også energi og aminosyrer, fordi genet må transkriberes og mRNA-et translateres.
Når jorda har mye ammoniakk/ammonium, kan azotobakter ta opp dette direkte. Da trenger den ikke å fiksere nitrogen. Når transkripsjonen av nitrogenase-genet hemmes, blir det ikke laget mRNA og heller ikke enzym. Bakterien slipper da å bruke energi og byggesteiner på en prosess den ikke trenger.
Energien og stoffene kan i stedet brukes til vekst og celledeling. Bakterier med denne reguleringen formerer seg derfor raskere og har høyere fitness enn bakterier som fikserer nitrogen hele tiden. Naturlig seleksjon vil derfor favorisere reguleringen.