Напрями створення трансгенних рослин

В даний час при створенні трансгенних рослин переслідують такі цілі:

Підвищення врожайності.
Скорочення термінів вегетації і отримання декількох урожаїв в рік .
Придбання рослинами токсичності для деяких видів шкідників .
Підвищення стійкості до несприятливих кліматичних умов (наприклад, до засухи шляхом перенесення в геном рослини гена скорпіона).
Придбання рослинами здатності синтезувати певні білки тваринного походження (наприклад, в Китаї отриманий сорт тютюну, що синтезує лактоферин людини).
Отримання рослин з властивостями «живих вакцин».

Досягнувши поставлених цілей, біотехнологія трансгенних рослин дозволяє вирішити комплекс агротехнічних, продовольчих, технологічних, фармакологічних і інших проблем. Процес отримання трансгенних рослин починають з пошуку необхідного гена, який може знаходитися як в рослинному, так і в тваринному організмі. Пошуком потрібних генів займаються багато лабораторій молекулярної генетики. Наступний крок - виділення потрібного гена з чужої ДНК і його включення в молекулу ДНК потрібної рослини. Цей процес найбільш складний. Про операції по пересадці гена написані томи наукової літератури, але для того, щоб зрозуміти суть процесу, достатньо коротко розглянути процедуру перенесення генів. Тридцять років тому були відкриті спеціалізовані ферменти рестриктази, що здатні розділяти довгу молекулу ДНК на окремі ділянки – гени. Рестриктазми фрагментів ДНК, що розрізають, мають "липкі" кінці, за допомогою яких вони здатні вбудовуватися в ту, що розрізає такими ж рестриктазами чужу ДНК. Поширений спосіб введення чужих генів в спадковий апарат рослин заснований на властивостях хвороботворної для рослин бактерії Agrobacterium tumefaciens (у буквальному перекладі з латині - польова бактерія, що викликає пухлини). Ця бактерія вміє вбудовувати в хромосоми рослини, що заражається, частину своєї ДНК, котра примушує рослину підсилити виробництво гормонів, і в результаті деякі клітини бурхливо діляться, виникає пухлина. У пухлині бактерія знаходить для себе відмінне живильне середовище і розмножується. Для генної інженерії спеціально виведений штам агробактерії, позбавлений здатності викликати пухлини, але який зберіг можливість вносити свою ДНК до рослинної клітини (рис.1). Потрібний ген вклеюють за допомогою ферментів рестриктаз в кільцеву молекулу ДНК бактерії, так звану плазміду. Ця ж плазміда несе маркерний ген, наприклад ген стійкості до антибіотика канаміцину. Як правило, тільки невелика частка операцій по пересадці гена виявляється успішною. Ті бактерійні клітини, які включили в свій генетичний апарат "прооперовані" плазміди, отримують окрім нового корисного гена стійкість до антибіотика. Їх легко виявити, поливши культуру бактерій антибіотиком, - всі інші клітини загинуть, а що отримали потрібну плазміду розмножаться. Тепер цими бактеріями заражають клітини, взяті, наприклад, з листка рослини . Знову доводиться провести відбір на стійкість до антибіотика: виживуть лише ті клітини, які набули цієї стійкості від плазмід агробактерії, а отже, отримали і потрібний ген. Подальшу роботу виконують біологи, що володіють методами вирощування рослин, з окремих клітин. Культивування ізольованих клітин рослин і регенерація на їх основі рослин, здатних самостійно розмножуватися, останніми роками набули широкого поширення. Метод, заснований на використанні агробактерії, ефективний не у всіх випадках, наприклад, такі важливі харчові рослини, як рис, пшениця, кукурудза, не сприйнятливі до зараження агробактеріями. Це призвело до пошуку нових способів перенесення генів. Отримані ферменти, що розчиняють товсту оболонку рослинної клітини, і речовини, наприклад поліетиленгліколь, які сприяють проникненню чужої ДНК в клітину. Проникність клітинної мембрани можна збільшити, впливаючи на клітину короткими імпульсами високої напруги (метод електропорації). Іноді застосовують навіть вприскування ДНК в клітину мікрошприцом під контролем мікроскопа. Добрі результати дав метод ДНК- гармати. Металеві "кулі", наприклад кульки з вольфраму діаметром 1-2 мікрони, покривають підготовленими до перенесення ділянками молекули ДНК і "стріляють" із спеціальної гармати в рослинні клітини. Отвори, що проробляються в стінці клітини, швидко гояться, а "кулі", застряглі в протоплазмі, такі малі, що не заважають клітині функціонувати. Частину "залпу" приносить успіх: деякі "кулі" впроваджують свою ДНК в потрібне місце.

Рис. 1. Два основних методи створення трансгенних рослин.

А – використання агробактерії;
Б – використання «ДНК-ПУШКИ»;
1 - введення ДНК в плазміду бактерії;
2 - перенос ДНК в клітину рослини;

3 - вбудова ДНК;
4 – розмноження клітин з новим геном;

5 – одержання цілої рослини і пересадка в грунт;
6 – нанесення ДНК на металеві мікрокульки;
7 – обстріл клітини куликами з частинками ДНК;
8 – рослинна клітина.

Перші генетично модифіковані продукти (ГМП) з'явилися у продажі в США в 1994 р. Це були томати із сповільненим дозріванням, створені фірмою "Calgen", а також гербицидостійка соя компанії «Monsanto». Вже через 2 роки біотехнологічні фірми поставили на ринок цілий ряд генетично змінених рослин: томатів, кукурудзи, картоплі, тютюну, сої, рапсу, бавовника і ін. Найближчими роками очікується подальше швидке збільшення площ зайнятих трансгенними рослинам. Таке бурхливе зростання багато в чому викликане необхідністю прогодувати населення планети, що швидко збільшується, яке до 2020 року складе, згідно підрахунків, 7,7 млрд чоловік. Для забезпечення себе продовольством людство повинне збільшити до цього часу виробництво зерна мінімум на 41 %, м'яса - на 63 %, картоплі і коренеплодів – на 40 %. Забезпечити такий значний підйом лише з допомогою традиційних агротехнічних прийомів, таких як збільшення площ посадки, використання хімічних засобів підживлення і захисту рослин, виведення нових сортів шляхом класичної селекції і так далі, є маловірогідним. Тому особливі надії покладаються на генну інженерію, яка, по суті, продовжує напрям традиційної селекції по поліпшенню генотипів корисних рослин, але досягає тих же цілей ефективніше і швидше. Один з напрямів генної технології – створення рослин, стійких до гербіцидів. Трансгенні рослини стійкі до гербіциду загальної дії, без наслідків витримують дозу, яка перевершує смертельну в 3-4 рази; всі бур'яни при цьому гинуть. Наприклад, для буряківників створення трансгенних сортів стало просто порятунком. Цукровий буряк дуже чутливий до бур'янів, притому росте поволі: за цей час на полі одне за іншим вилазять декілька поколінь бур'янів, що вимагають знищення. Ось тут йдуть в хід гербіциди загальної дії, які можна без шкоди для цукрового буряка застосовувати протягом всього літа.

Окрім вирішення чисто практичних завдань, генна інженерія представляє вченим нові можливості для пізнання молекулярних процесів, що визначають зростання, розвиток і життєдіяльність організмів. Генна інженерія дозволяє прямим шляхом з'ясувати функцію білків (ферментів), що вивчаються, і відповідних генів. Таким чином, успіхи біотехнології і генної інженерії відкривають величезні перспективи подальшого прогресу сільського господарства. В той же час, практичне використання результатів сільськогосподарської біотехнології сьогодні стримуються побоюваннями негативної дії генетично модифікованих (ГМ) продуктів на навколишнє середовище і людину.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Нормативні показники водойми після спуску стічних вод	\|	Ставлення європейських країн до генної інженерії

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.01 сек.