Генная инженерия растений

Генная инженерия растений

 

Гены, которые хотят перенести в растения, вшивают в векторы плазмидЕ.сoli, затем гибридные ДНК переносят в агробактерии, а из них в растения. Предназначенный для переноса ген вшивают в участок плазмиды агробактерии, способный внедряться в ядро растительной клетки. Для переноса генов используют также вирусы растений, в частности вирус цветной мозаики капусты. Ряд генов вируса, несущественных для его жизнедеятельности, заменяются на другие гены.

 

Культуры клеток высших растений имеют две сферы применения:

 

1.Изучение биологии клетки, существующей вне организма, обуславливает  ведущую роль клеточных культур  в фундаментальных исследованиях  по генетике и физиологии, молекулярной  биологии и цитологии растений. Популяциям растительных клеток  присущи специфические особенности: генетические, эпигенетические (зависящие  от дифференцированной активности  генов) и физиологические. При длительном  культивировании гетерогенной по  этим признакам популяции идет  размножение клеток, фенотип и  генотип которых соответствуют  данным условиям выращивания, следовательно, популяция эволюционирует. Все это  позволяет считать, что культуры  клеток являются новой экспериментально  созданной биологической системой, особенности которой пока мало  изучены. Культуры клеток и тканей  могут служить адекватной моделью  при изучении метаболизма и  его регуляции в клетках и  тканях целого растения.

 

2. Культивируемые клетки  высших растений могут рассматриваться  как типичные микрообъекты, достаточно  простые в культуре, что позволяет  применять к ним не только  аппаратуру и технологию, но и  логику экспериментов, принятых  в микробиологии. Вместе с тем, культивируемые клетки способны  перейти к программе развития, при которой из культивируемой  соматической клетки возникает  целое растение, способное к росту  и размножению.

 

Можно назвать несколько направлений создания новых технологий на основе культивируемых тканей и клеток растений:

 

1) Растения, устойчивые к  насекомым. Для создания устойчивых  к насекомым растений в их  геном встраивают ген токсина, выделенный из Bacillusthuringiensis (этот  микроорганизм вызывает болезни  у чешуекрылых и развиваясь  в организме насекомого, выделяет  ВТ-токсин). Считается. Что токсин  не оказывает действия на человека. Растения, способные к синтезу  токсина, проявляют устойчивость  к некоторым вредителям. Это позволяет  снизить применение пестицидов  на полях, что снижает загрязнение  окружающей среды.

 

Наиболее безопасные проекты связаны с трансгенным хлопчатником, синтезирующим ВТ-токсин. Устойчивый к насекомым трансгенный рапс позволит получать техническое растительное масло с меньшими затратами и с меньшим вредом для окружающей среды (рапс сегодня - одна из наиболее химизированных культур). В качестве возможных следствий производства трансгенных пищевых растений, проявляющих устойчивость к насекомым, можно указать пищевую аллергию, которую может вызвать ВТ-токсн (новый белок в пище). К экологическим следствиям можно отнести возникновение устойчивости к ВТ-токсину, которое может происходить в популяциях насекомых-вредителей при широком применении трансгенных растений.

 

2) Улучшение качества пищевых  продуктов. Многие растительные  продукты содержат недостаточные  количества незаменимых аминокислот  и витаминов. Этот недостаток  можно исправить, внедряя в растения  гены, ответственные за биосинтез  витаминов или модифицированные  гены запасных белков, в которых  чаще "употребляются" кодоны незаменимых  для человека аминокислот (прежде  всего - лизина). В настоящее время  полученытрансгенный рис с повышенным  содержанием каротиноидов, трансгенная  соя с улучшенным белковым  составом.

 

В растительной пище могут содержаться вредные для здоровья вещевтва. Например, около 10% японцев страдают от аллергии на запасной белок зерновок риса. Генная инженерия позволяет получить рис, в котором "выключен" ген соответствующего белка. Такие трансгенные растения позволяют вернуть традиционный продукт в рацион аллергиков.

 

3) Улучшение товарных качеств. Изучение генетической регуляции  развития цветка позволяет быстро  создавать махровые сорта разнообразных  декоративных растений, которые  пользуются большим спросом на  рынке. Кроме того, в растения  можно ввести гены, отвечающие  за синтез пигментов и получить  необычную окраску (например, получены  трансгенные петунии с цветками  желтого цвета). Интересным представляется  экспрессия втрансгенных растениях  белков, светящихся в темное, или  флуоресцирующих белков, что придаст  растениям принципиально новые  декоративные качества.

 

4) Растения, устойчивые к  гербицидам. Одной из технологий, позволяющей удешевить процесс  борьбы с сорняками, является  получение гербицид-устойчивых культурных  растений. По новой технологии  обработку полей неселективными  гербицидами можно проводить  весь сезон, что улучшает результаты  их применения, сокращает расходы. Не удивительно, что такие проекты  и реклама трансгенныхгербицид-устойчивых  растений организуются при финансовой  поддержке фирм-производителей гербицидов.

 

Данное направление генной инженерии таит ряд экологических опасностей. Главная из них возможное накопление гербицидов (или продуктов их детоксикации) в с/х продуктах. Если для технических культур это сравнительно безопасно, то использовать в пищу обработанные гербицидами трансгенные растения может оказаться опасным.

 

Вторая опасность - это "утечка" генов устойчивости к гербицидам из культивируемых растений в близкородственные растения естественных биоценозов. В Европе проблеме "генной безопасности" уделяют большое значение, поскольку на ее территории растет много видов, близких к культурным растениям. Показано, что признаки устойчивости могут переноситься при близкородственном опылении. "Утечка генов" может привести к возникновению "суперсорняков", устойчивых к применяемому гербициду, и технологию придется снова менять.

 

Третья опасность - передозировка гербицидов. Гербицид-устойчивость позволяет вносить избыток этих агентов на поля без видимого вреда для них (в традиционной технологи выращивания это невозможно - культурные растения погибнут вместе с сорняками). Уже сегодня многие гербициды признаны опасными для рыб, моллюсков и др. животных. Сток гербицидов с полей в водоемы с применением новой технологии, несомненно, усилится.

 

5) Повышение устойчивости  растений. Для нашей страны актуально  получение морозостойких сортов  растений. Важно придать теплолюбивым  культурам устойчивость к заморозкам. Основным повреждающим агентом  при замерзании является кристаллический  лед. Для предотвращения его образования  некоторые рыбы и насекомые  выделяют особые гидрофильные  белки. Гены этих белков можно  перенести в растения, и их  морозостойкость повысится.

 

Устойчивость к засухе и засолению определяется сложным взаимодействием многих генов. Поэтому создание трансгенных растений, устойчивых к засухе/засолению представляется довольно сложной задачей. (Генная инженерия работает с отдельными генами, а не с большими комплексами генов).

 

6) Биосинтез инсулина, антител  и др. белков для нужд медицины. Производство генно-инженерных белков  в трансгенных клетках бактерий  или дрожжей практикуется уже  достаточно давно. Однако, возникает  проблема правильной можификации  таких белков в бактериальных  или дрожжевых клетках. Часто  белок так и не принимает  нужнойконформации или слегка  отличается по аминокислотному  составу, что нежелательно. Растения  являются эукариотнымиорганзмами, достаточно близкими к животным  биохимически, поэтому было предложено  получать белки для нужд медицины  из трансгенных растений.

 

Поскольку организовать выращивание растений дешевле, чем выращивание бактерий или дрожжей, а получаемый пробукт будет более качественным, можно ожидать большого экономического эффекта от внедрения этой технологии. В медицинской практике используется не вся биомасса растения, а выделенный из нее индивидуальный компонент (белок), т.е. препарат проходит предвартельную очистку и должен быть безопасным для здоровья людей.