|
Генетическая инженерия растений
Исследования в области генетической инженерии растений только на-
чинаются. При использовании новейших генетических методов примени-
тельно к высшим растениям возникают не только технические трудности;
процедура также осложняется необходимостью решать дополнительные
проблемы, связанные с нарушением структуры генома культивируемых
растительных клеток (изменение плоидности, хромосомные перестройки).
Имеются определенные успехи в разработке систем клонирования неко-
торых важных сельскохозяйственных культур по схеме «протопласт –
суспензионная культура – каллус – целое растение». Интенсивно иссле-
дуются структура и функции плазмидных ДНК растений и возможности
их использования в качестве векторов.
Проблема создания векторов для введения чужеродной ДНК в протопла-
сты растений является наиболее сложной. Здесь наметились следующие
подходы: 1) использование плазмид бактерий, заражающих растения в есте-
ственных условиях; при этом часть плазмиды встраивается в ядерный геном
растения-хозяина и функционирует в составе его генома; 2) использование
бактериальных плазмид, «сшитых» с фрагментами ДНК хлоропластов или
митохондрий растений, для создания челночных векторов, способных к ре-
пликации в клетках прокариот и экспрессии в эукариотических клетках; 3)
использование ДНК-содержащих вирусов растений; в такой системе ДНК
функционирует автономно от генома растения-хозяина.
Для защиты чужеродного генетического материала, вводимого в про-
топласты растений, от разрушающего действия нуклеаз также разрабаты-
ваются новые методы. Применяются ингибирование нуклеаз и создание
механической защиты рекомбинантных ДНК. Для такой защиты исполь-
зуют липосомы. С помощью липосом в клетки или протопласты эукариот
введены крупная РНК вируса табачной мозаики (размером около 2
⋅10
6
),
еще более крупные ДНК вируса ОВ40 и Ti-плазмида Agrobacterium
tumifaciens. надежная защита липосомами нуклеиновых кислот особенно
важна при манипуляции с протопластами растений. Примером реализо-
ванного генноинженерного проекта является синтез фазеолина (запасного
белка фасоли) в регенерированных растениях табака. Трансплантация ге-
на, кодирующего синтез фазеолина, проведена с использованием в качест-
ве вектора Ti-плазмиды. С помощью этой плазмиды в растения табака
внедрен ген устойчивости в неомицину. С помощью CMV-вируса в расте-
208
ния репы транспортирован ген устойчивости к ингибитору дигидрофолат-
редуктазы метотрексату.
Важная проблема генетической инженерии растений – тканевая спе-
цифичность трансплантируемого гена. Содержание фазеолина у модифи-
цированного растения табака было одинаковым во всех частях растения
при его низком выходе (около 1 % от общего белка табака). У самой же
фасоли данный белок накапливается только в семенах, где его концентра-
ция составляет около 50 %. Сравнительно недавно удалось выделить и
ввести в состав встраиваемого вектора регуляторные последовательности.
Это позволило поставить введенный в растение табака ген под контроль
промотора, функционирующего только в прорастающих семенах. Ген ма-
лой субъединицы рибулозодифосфаткарбоксилазы гороха, перенесенный
в табак и петунию, удалось ввести в состав оперона, работающего под
действием света лишь в тканях листа. Генноинженерные манипуляции с
растениями породили некоторые опасения, аналогичные тем, которые воз-
никли при начале генетических манипуляций с микроорганизмами. Опа-
сения связаны с возможностями выхода генетических векторов и транс-
генных растений из-под контроля биотехнологов. В этой связи высказы-
ваются опасения превращения генноинженерных растений в сорняки. Од-
нако комплекс «сорняковости» (комплекс признаков, обеспечивающих
быстрое распространение в ущерб культурным растениям, устойчивость к
воздействию неблагоприятных факторов, эффективные механизмы рас-
сеивания семян и пр.) едва ли может сформироваться в результате транс-
плантации одного или немногих генов. Однако устойчивость к гербицидам,
кодируемая одним геном, может вызвать существенные проблемы в практи-
ке севооборотов. Так, устойчивое к определенному препарату растение,
культивируемое на определенной площади, на следующий год при смене на
этом поле культуры будет выступать по отношению к ней как сорняк, ус-
тойчивый к данному гербициду. Биохимические изменения растений в ре-
зультате генноинженерных перестроек могут привести к утрате способности
синтеза биологически полезных соединений и приобретению токсичности.
Однако данная проблема существует и при традиционных методах селек-
ции. Это предусматривает необходимость тщательного тестирования всех
генноинженерных растений перед их переносом в полевые условия.
Основные пути развития генетики высших растений включают не-
сколько направлений: 1) придание растениям способности синтезировать
дополнительные ценные продукты (зеин, секалин, альбумин и др.) с по-
мощью трансплантируемых генов; 2) повышение фотосинтетической эф-
фективности растений в результате клонирования генов рибулезодифос-
фаткарбоксилазы, хлорофилл a/b-связывающих белков; 3) придание рас-
тениям диазотрофности; 4) придание устойчивости к неблагоприятным
факторам среды (засухе, засоленности почв, заморозкам, гербицидам и
пр.).
209
Do'stlaringiz bilan baham: |
