Трансгенные растения

      Тысячи лет люди выводят новые сорта растений путем отбора экземпляров с новыми свойствами, полученными в результате случайных мутаций. С начала ХХ века стали целенап-равленно применять облучение и химические мутагены, слияния соматических клеток и т. д., а скрещивание и отбор стали проводить с учетом законов Менделя. При этих традиционных методах изменения непредсказуемы и обычно затрагивают многие гены.

      Генноинженерные методы позволяют создавать новые генотипы и, следователь-но, новые формы растений гораздо быстрее, чем классические методы селекции. Кроме того, появляется возможность целенаправленного изменения генотипа.

      Генная инженерия позволяет вводить в растения гены устойчивости к различным стрессовым факторам, фитопатогенам, гербицидам и пестицидам, гены скороспелости, фиксации азота и др. Возможно также и улучшение аминокислотного состава белков растений.

Наибольший урон растениям наносят грибные, бактериальные и вирусные инфекции. В природе растения обладают защитными механизмами, которые начинают действовать в ответ на про-никновение фитопатогенов в клетку. Во_первых, начинается синтез веществ, убивающих патогены. Во_вторых, создаются барьеры, препятствующие распространению инфекции.

Применение методов генной инженерии, использующих естественные защитные механизмы, позволяет получать трансгенные растения, устойчивые к грибной, бактериальной и вирусной инфекции. В частности, были получены трансгенные культуры табака и турнепса, в состав генома которых ввели генхитиназы, а также томаты с геном защитных пептидов редьки, отвечающих за устойчивость к фитопатогенным грибам.

      Другой подход к получению растений, устойчивых к вирусной инфекции, состоит во введении в геном исходных растений генов, кодирующих белок оболочки вируса. Это приводит к бло-кировке размножения вируса и снижению инфицированности. Благодаря такому подходу был получен стойкий антивирусный эффект у табака, модифицированного геном оболочки вируса табачной мозаики.

      Интересный эффект дало введение в геном растений гена человеческого интерферона JFN – одного из ключевых белков нашего иммунитета. Ген этого интерферона был введен в расте-ния турнепса, табака, картофеля, что повысило устойчивость этих растений к вирусным заболеваниям. Создание трансгенных растений, устойчивых к насекомым, с помощью методов генной инженерии стало возможным после того, как было обнаружено, что почвенные бактерии Bacillusthurengiensis синтезируют специфический белок, токсичный для насекомых. Ген, от-ветственный за его синтез, удалось выделить и ввести в геном многих видов сельскохо-зяйственных растений.

      Для человека и животных этот белок безопасен, и даже на насекомых разные его варианты действуют по_разному. Различные модификации Bt_токсина могут быть ядовитыми только для

жуков, или только для бабочек определенного отряда, и т. д.

      В природе растения приспосабливаются к неблагоприятным условиям среды различными способами. Во_первых, это физиологические механизмы, позволяющие растениям избежать неблагоприятных воздействий (например, опадание листвы осенью при снижении температуры). Во_вторых, адаптация с помощью морфологических приспособлений: толстый слой кутикулы на листьях, уменьшение листовой поверхности (прорези), ее опушение, которые предотвращают излишнюю потерю влаги растениями. В_третьих, негативное влияние внешней среды может быть преодолено с помощью изменений метаболизма. Например, при засухе или чрезмерной концентрации солей в почве и воде у высших растений основным защитным механизмом, связанным с изменением метаболизма, является накопление в клетках осмопротекторов.

Именно этот адаптационный механизм наиболее доступен для генноинженерных исследований. Эксперимент показал, что стрессовый ответ на избыток солей или недостаток влаги у бак-терий и высших растений выражается сходно: и те, и другие начинают усиленно синтезировать белки_осмопротекторы для восстановления осмотического баланса между цитоплазмой и окру-

жающей средой. Поэтому для создания устойчивых к засухе и засолению растений в их геном были введены соответствующие бактериальные гены. Полученные трансгенные растения могли

расти в засушливой почве при концентрации соли в среде 20 г/л. Адаптация к низким темпе-ратурам сопряжена у бактерий и высших растений с накоплением веществ, понижающих осмо_

тический потенциал клеток и уменьшающих вероятность образования крупных кристаллов льда, способных вызвать их гибель просто из_за разрушения клеточной оболочки. Вот почему случайные заморозки способны уничтожить большинство сельскохозяйственных культур.

Чтобы не допустить образования льда в клетках, уже давно применяется заражение растений мутантным штаммом бактерии Pseudomonas syringae. Полученные таким образом растения

легко переносят заморозки вплоть до –8°С.

      Однако оказалось, что бактерии мутантного штамма более живучи и могут вытеснить природный штамм этих бактерий, который, попадая в верхние слои атмосферы, способствует

кристаллизации атмосферной влаги. Вероятно, вытеснение природного штамма могло бы привести к изменению климата и экологической катастрофе.

 

 

         
 
Caeac?eeo web aecaeia e i?ia?aiie?iaaiey - eaoaeia naeoia, iaci? aecaei nooaee