| Головна |
| «« | ЗМІСТ | »» |
|---|
Пухлинне захворювання рослин, що отримало назву корончатий галл, описав ще Аристотель в IV ст. до н. е. На початку XX ст. н. е. було встановлено, що це захворювання викликає грунтова бактерія Agrobactenum Ште / асгет. Клітини рослинних пухлин інтенсивно ростуть на штучних середовищах і на відміну від клітин нормальних тканин не потребують додаванні фітогормонів.
У 1970-х рр. було встановлено, що причиною утворення пухлин є так звані 77-плазміди, виявлені в клітинах деяких штамів А. Ште / аИет. 77-плазміди - це кільцеві молекули ДНК з молекулярною масою близько 1,3 х 108 Д і довжиною до 200 т. П. Н. Ці плазміди проникають з бактерій в клітини рослини, і частина ДНК 77-плазміди, що отримала назву Т-ДНК, ковалентно вбудовується в хромосоми инфицируемого рослини. При цьому Т-ДНК викликає утворення пухлини і індукує синтез фітогормонів (цитокінінів і ауксину), а також ряду похідних амінокислот, що об'єднуються загальним терміном опинилися. Опінію служать бактерії їжею. Цей механізм інфекції і використовують для введення в рослини чужорідних генів. Отже, операція зводиться до включення потрібного гена в сайт Т-ДНК і до трансформації клітини рослини такої рекомбінантної плазміди. Клітка повинна регенерувати в повноцінне рослина, причому вбудований ген позбавляє Т-ДНК здатності до утворення пухлини. Вбудовування клонованого таким шляхом сегмента ДНК (трансгени) в ДНК клітини-господаря і регенерація її в повноцінний організм - перспективний шлях створення трансгенних організмів як рослин, так і тварин.
В даний час виділені і проклоніровать десятки генів вищих рослин, в тому числі гени, які контролюють синтез запасних білків ячменю, кукурудзи, гороху, сої, а також гени, які контролюють активність ферментів; деякі гени хлоропластів пшениці, шпинату і інших рослин. З початку 1980-х рр. введення в клітини рослин чужорідних генів стало доконаним фактом.
Для поліпшення сортів потрібний ген вводять в рослинну клітину за допомогою спеціальних векторів (рекомбінантних плазмід А% гоЬас1Епіт Ште / ааепг або А. rh? Zogenes). Потім з трансформованої клітини методом культури тканин регенерують повноцінне рослина з новими біологічними властивостями, що дає насіння нового сорту (рис. 15.15). бактерія А% гоЬас1егтт Ште / Аджеті викликає у рослин рак. Вона містить плазміду 77, сегмент якої (Т-ДНК) здатний вбудовуватися в хромосомну ДНК рослинної клітини. Інфекція індукує синтез сполук опинилась, які служать бактерії їжею.
Мал. 15.15. Генно-інженерні маніпуляції по введенню в клітини рослин чужорідних генів за допомогою бактерій
Використовуючи даний метод, вдалося виділити ген стійкості до гербіцидів, який був перенесений в клітини тютюну, щоб спробувати регенерувати з них стійкі рослини. Група дослідників з США трансформувала клітини соняшнику геном фазеоліна (резервного білка квасолі), який добре експресуватися в регенерувати рослинах і передавався потомству. Інша група вчених успішно пересадила рослинам ген одного з ферментів фотосинтезу (точніше, малої субодиниці цього ферменту), який експресується у отриманого потомства.
Використання в якості вектора рекомбінантної плазміди бактерії Agrobacterium rhizogenes має деяку специфіку. Вона володіє плазмидой Ri, в якій також міститься Т-ДНК, здатна вбудовуватися в хромосомну ДНК рослинних клітин. В даному випадку Т-ДНК викликає рясне корнеобразование - синдром hairy-root. Ця Т-ДНК функціональна, оскільки трансформовані клітини коренів синтезують опинилися. Переваги даного вектора (в порівнянні з плазмидой 77) полягають у тому, що регенерація з коренів представляється набагато більш простий і швидкої, ніж з клітин ракової пухлини.
Для створення трансгенних сільськогосподарських рослин зараз застосовуються методи, альтернативні генетичної трансформації. Зокрема, широко практикується доставка вектора в мішень за допомогою високошвидкісної балістичної трансфекції. Зроблено спробу створити альтернативну технологію введення чужорідної ДНК в рослинну клітину методом електрофорезу в гелі на агар-агар.
Використання методів генної інженерії дозволяє вирішувати різноманітні селекційні завдання. Особливо великі успіхи досягнуті при перенесенні в рослини генів устойчівосгі до хвороб, шкідників, гербіцидів і ін.
Так, німецька фірма АТ «Кляйнванцделебенер Заатцухт», використовуючи методи генної інженерії і стерильну культуру меристему, успішно проводить селекцію цукрових буряків за двома перспективним цільовим проектам: з вивчення стійкості до ризоманії та перенесенню контролюючого її гена в клітини цукрових буряків і по селекції за допомогою генетичних маркерів. При такому підході властивості майбутньої лінії, гібриду або сорту, наприклад стійкість до тієї чи іншої хвороби, яка контролюється певними генами, можна передбачити вже в лабораторії.
Ризоманія, або бородатість кореня цукрового буряка, - одне з найбільш серйозних захворювань цієї культури. Воно широко поширене і викликає зниження врожайності на 50% і більше. У багатьох районах з зараженими ризоманією площами вирощування цукрових буряків можливо тільки при використанні стійких сортів. Ще краще в порівнянні з останніми показують себе сорти з так званої повної резистентністю, які можна отримати тільки методами генної інженерії.
Для формування резистентності до ризоманії з вірусу, що викликає захворювання (некротичний жовтий вірус прожилок листя), в клітку буряка переносять попередньо ізольований відрізок гена, відповідального за синтез протеїну оболонки вірусу (рис. 15.16). Рослина, що володіє цією новою додатковою генетичною інформацією, виробляє в клітці буряка порожню вірусну оболонку і, таким чином, блокує розвиток самого вірусу при його впровадженні в клітку.
Сорти цукрових буряків з повною резистентністю до вірусу ризоманії мають величезні переваги.
Мал. 15.16. Схема створення резистентних до вірусу ризоманії рослин цукрових буряків
за допомогою методу генної інженерії
Вважають, що генна інженерія особливо перспективна при вивченні процесів розвитку і диференціації рослин, що допоможе в майбутньому правильніше організувати селекційний процес. Молекулярна біологія запропонувала кілька цікавих допоміжних методів. Так, Р. Оуенс і Т. Дінер (1981) в США використовували фрагменти ДНК (зонди) для виявлення вірусу небезпечної хвороби картоплі - веретеновидними бульб, показавши тим самим простий метод діагностики. Дослідникам з Інституту рослинництва в Кембриджі (Великобританія) вдалося таким способом ідентифікувати в геномі пшениці фрагменти хромосом жита після схрещування цих видів між собою.
Одним з перспективних напрямків генетичної інженерії вважають надання рослинам стійкості до пізніх весняних і ранніх осінніх заморозків, які завдають сільському господарству величезних збитків. Однак не слід забувати, що селекція нових сортів зачіпає властивості, контрольовані дуже багатьма генами одночасно, і неможливо все їх піддати генно-інженерних маніпуляцій.