Gen muhandisligi asosli Transgen o'simliklarning afzalliklari va kamchiliklari qanday?

O'zbekistonning transgen o'simliklari.

Reja:
1.Gen muhandisligi asosli

2.Transgen o'simliklarning afzalliklari va kamchiliklari qanday?
3.Hozirgi zamonda mavjud bo'lgan DNK texnologiyasi transgen o'simliklar

Gen muhandisligi asosli (transgen, rekombinant) preparatlar. Bu preparatlar davlat katalogiga kiritilmagan. ammo bunday preparatlami yaratish maqsadida oxirgi yillari Rossiya va chet mamlakatlarida bir qancha urinishlar bo'lmoqda. Misol uchun Rossiya amaliy genetika davlat ilmiy markazi, Cryl Ab toksini sintezini detemlinatsiya qiluvchi Bt. subsp. kurstaki plazmidasini BI. subsp. tenebriOllis hujayralariga o'tkazish yo'li bilan, Bt. subsp. lenebrionis turining rekombinant shtammini yaratgan. Bu shtammning tabiiysidan farqi - tangachaqanotlilar va qattiqqanotli zarakunanda hasharotlar uchun ixtisoslashgan toksinlar sintez qilish xususiyatiga egaligidir. Biologik himoyani kuchaytirish maqsadida Bt genlarini boshqa mikroorganizmlarga ham o'tkazish mumkin. Jumladan endotoksin kristallarining tashqi muhitda barqarorligini oshirish maqsadida Pseudomonas fluorescens bakteriyasiga Bt genini kiritish ustida ishlar olib borilmoqda.
Hozirgi zamonda mavjud bo'lgan DNK texnologiyasi transgen o'simliklaming genlarini modifikatsiya qilishga imkon beradi. Bunday modifikatsiya o'simliklarga atrof-muhitning noqulay sharoitlariga tolerantlik, muayyan kasallik qo'zg'atuvchilariga qarshi chidamlilik yoki muayyan patogen mikroorganizmlar (masalan oomitsetlar, haqiqiy zamburug'lar, viruslar va bakteriyalar) ga qarshi himoyani ta'minlovchi xitinaza va glyukanaza kabi fermentlar sintezi yoxud patogenlaming
genlarini ccsukutlantiruvchi» DNK asoslarining ketma-ketligi mavjudligi xususiyatlarini beradi (Agrios, 2008). Abiotik faktorlarga chidamlilik bilao ta'miolaogao traosgeo o'simliklar. Genetik modifikatsiyalash usuli yordamida turli o'simlik turlari ularga xos bo'lmagan abiotik faktorlarga chidamlilik bilan ta'minlanadi. Masalan genomiga mannitol fosfodegidrogenaza fermentini kodlovchi bakterial gen kiritilgan, tuzlaming osmotik stressiga (ya'ni sho'r yerlarda o'sishga), qurg'oqchilikka va past haroratga (qattiq sovuqlarga) tolerantlik xususiyatiga ega bo'lgan transformant (=transgen) baqlajon o'simliklari yaratilgan. Makkajo'xorining ubikuitin promouteri bilan modifikatsiyalangan sholi o'simliklarida glutamin-Stransferaza fermentini kodlovchi genning kuchli ekspressiyasi natijasida past haroratlarga chidamlilik va suvga bo'ktirilganida yaxshi o'sish xususiyatlari paydo bo'lgan. Sholi o'simliklariga bug'doyning ikkita geni kiritilganida transgen sholi o'simliklarining qurg'oqchilik va sho'rlanishga chidamliligi oshgan. Xloroplastlarining genomiga achitqi zamburug'ining tregaloza fosfat sintaza femlentini kodlovchi geni kiritilgan transgen tamaki o'simliklarining qurg'oqchilikka chidamliligi oshgan, ammo ushbu gen yadro genomiga kiritilganida o'simliklar pakana va bepusht bo'lib qolgan. Yana bir misol - xolin oksidazani kodlovchi bakterial gen bilan transformatsiya qilingan yapon xurmosining (Diospyros kaki) sho'r yerda o'sishga chidamliligi ortishidir.
Boshqa o'simliklarning chidamlilik genlari bilan transformatsiyalangan transgen o'simliklar. Ko'p ekinlarning muayyan patogenlarga chidamlilik genlari ajratib olinib, chidamsiz o'simliklar genomiga kiritilgan va ushbu o'simliklarda ekspressiya qilingan. Bunda a8ar lozim bo'lgan yordamchi genlar ham kiritilgan bo'lsa, oldin chidamsiz bo'lgan o'simliklaming bir qismi chidamli o'simliklarga aylanadi. Keyin bunday o'simliklarlar klonlashtirilsa va ko'paytirilsa, har bitta klondan alohida, muayyan patogenga chidamli bo'lgan tizimlar va navlar yaratiladi. Sholining bakterial chirishga (qo'zg'atuvchi Xanthomonas oryzae pv. OIyzae) chidamliligini kodlovchi Xa21 geni chidamsiz (Indika va b.) navlarga kiritilishi bunga misol bo'la oladi. Yaratilgan transgen o'simliklar ushbu patogenga nisbatan yuqori chidamlilik namoyon qilgan. Yana bitta misol - hayvonlarning genlari (antiapoptic genes) bilan transformatsiya qilingan tamaki va ko'p boshqa oJ"simlik turlari bo'lib, ular nekrotrofik patogenlar, yuqori va past harorat, tuproq sho'rligi, qurg'oqchilik kabi abiotik faktorlarga 427 chidamlilik bilan ta'minlangan; genomida ushbu gen yo'qotilgan o'simliklar chidamJiligini ham yo'qotishgan (Agrios, 2008). ADtipatogeD birikmalarni kodlovebi geDlar bilaD traDsformatsiyalangaD transgeD o·simtiklar. Xitinaza va ba'zi glyukanazalar kabi patogenez jarayoni bilan bog'liq bo'lgan bir necha birikmalami kodlovchi genlar ajratilgan, klonlashtirilgan va o'simliklar genomiga kiritilib, ularda ekspressiya qilingan, natijada kasallik qo'zg'atuvchilaming muayyan guruhlariga chidamli transgen o'simJiklar yaratilgan. Bulaming misollari: zamburug'larga qarshi birikmalami kodlovchi genlar bilan transformatsiya qilingan yeryong'oq o'simliklari transgen bo'lmaganlariga nisbatan oq chirish (qo'zg'atuvchi Sclerotinia minor) bilan 35% ga kamroq zararl8Og8O; Trichoderma hanianum zamburug'ining endoxitinazasini kodlovchi gen bil80 transfonnatsiyalangan transgen gulkaram o'simligining endoxitinaza faolligi transgen bo'lmagan o'simliklarga nisbatan 14-200 marts ko'proq, kasallik bilan zararl80ishi esa 80cha kamroq bo'lgan; Talaromyces flavus zamburug'ining glyukoza oksidaza fermentini kodlovchi geni ekspressiyalang80 transgen g'o'za va tamaki o'simliklarida Rhizoctonia zamburug'iga yuqori va Vertici/lium zamburug'iga qism80 chidamlilik paydo OO'lgan (ammo Fusarium zamburug'iga chidamlilik rivojl8Omagan)va h .. O'simtiklarni ebidamlilik bilan ta'minlovebi va patogen genlarini «sukutlaDtiruvebD) DukleiD kislotalar bilan traDsformatsiyalaDgan transgeD o'simliklar. Viruslard80 yoki boshqa biror manbaadan olingan nuklein kislotalarning segmentlari o'simlik genomiga kiritilishi, nuklein kislotalarida ushbu segmentlardagiday gomologik ketma-ketligi mavjud bo'lgan viruslar yoki OOshqa tegishli patogenlarning genlari «sukutlanishiga» olib keladi. natijada o'simlikda chidamlilik xususiyati paydo OO'ladi. Masalan, tamaki o'yma naqshli virusi (tobacco etch virus) ning qobig'ining translatsiya qilinmaydigan oqsilini kodlovchi genini kiritish natijasida transgen o·siliklar oling8O, virus bilan zararlagan barglarda kasaJlik belgilari hosil OO'.lg8O, ammo o'simlikning barcha OOshqa qismlari kasallikdan xoli OO'lg8O. Shunga o'xshash. genomiga achitqi genomidan ajratilg80 ikki ipli RNK-aza geni kiritilganida transgen o'risno'xat o'simliklari ko'p, har xii viruslarga .chidarnlilik orttirgan.
ini va boshqa genlami keltirish mumkin. Genlar majmuasi bHan transformatsiyalangan transgen o'simIiklar. O'simliklaming chidamlilik genlari bilan birga patogenlardan ajratilgan genlami kiritish orqali har xii o'simlik/patogen kombinatsiyalarini keng va samarali chidamlilik bilan ta'minlash mumkinIigi aniqlangan. Buning misoIlari - tamaki o'simligining chidamlilik geni bilan birga tamaki tomirlari chipor dog'lanishi (tobacco vein mottling) virusi qobig'i oqsilining genini kiritib, potiviruslarga chidamli transgen tamaki o'simliklari yaratilishi; xo'jayin o'simlikning chidamlilik geni bilan .birga makkajo'xori ubikuitin genining promouteri va birinchi intronini kiritib, nafaqat pirikulyariozga (qo'zg'atuvchisi Magnaporthe grisea), balki bir qator noqulay abiotik sharoitlar (tuproq sho'r1anishi, maysalar suv tagida qolishi, vodorod peroksid ta'siri) ga chidamIi bo'lgan transgen sholi o'simIiklari yaratilishi va boshqalardir. Patogenlarga qarshi antitelolar hosH qiluvchi transgen o'simIiklar. O'simliklar tanasida antitelo hosil qiluvchi tabiiy mexanizmlar mavjud emas, ammo zamonaviy DNK-texnologiyasi o'simIiklarga qo'shimcha genlar kiritishni (ya'ni ulami transformatsiya qilishni) va ular faol rekombinant antitelolar hosil qila boshlashini am alga oshirishga imkon berdi. Bunday antiteIolar bir butun antitelo molekulasi yoki Fabfragmenti yoxud bir ipli Fv (scFv) fragmenti bo'lishi mumkin. Ulaming ta'sirlari ayrim o'simliklaming barglari va urug'larida to'la namoyon bo'ladi (ekspressiya qjlinadi) va ular o'simliklaming muayyan qismlarida (hujayralararo bo'shliqlar, xloroplastlar, endoplazmatik retikulyumning bO'shliqlarida) to'planadi, bu esa o'simliklami muayyan viruslarga qarshi faol chidamlilik bilan ta'minlaydi. Antitelolar yoki 429 ulaming fragmentlari sintezini kodlovchi genlar bUm transfonnatsiya qilingan transgen o'simliklar TMV, kartoshkaning X- va Y-viruslari, yo'ng'ichqaning tomirlari sarg'ayishi virusi va ba'zi boshqa viruslar rivojlanishini sekinlashtiradi yoki to'xtatadi. Su usul amaliyotga kiritilishi uchun tadqiqotlar davom etmoqda. O'simliklar himoyasida transgen mikroorganizmlarni qo'llash. Kasallik qO'zg'atuvchilariga qarshi qo'lIaniladigan biologik agentlaming ta'sir mexanizmlari chuqur o'rganilrnagan, ammo mavjud bo'lgan ma'lumotlar kO'rsatishicha, hech bo'lmaganda ulaming ayrimlari patogenlargl qarshi antibiotiklar hosil qiladi, boshqalari ulaming struktura hosil qiluvchi a'zolarini (masalan, hujayra qobiqlarini) yemiruvchi fennentlar ishlab chiqaradi, ba'zilari esa patogen bilan maydon, ozuqa moddalari va suv uchun raqobat qiladi va h. Patogenlar zararlanishini va ularning rivojlanishini to'xtatishini faollashtirish maqsadida genetik injeneriya yordamida biologik agentlarga yangi genlar kiritiladi yoki ularning genomlari mukammallashtiriladi. Sunday genlar qatoriga patogenlarga halokatli ta' sir qiluvchi toksinlar, fermentlar va boshqa birikmalarni kodlovchi o'simlik va mikroorganizmlaming genlari yoki muayyan organizmda ilgaridan mavjud bo'lgan antipatogen genlarni kuchaytiruvchi boshqaruvchi genlar kiradi
Hujayra biotexnologiyasi – hujayra, to‘qima va protoplastlarni ishlatishga asoslanadi. Hujayralarni manipulyasiya (faoliyatiga qandaydir o‘zgarishlar kiritish) qilish uchun, ularni o‘simlikdan ajratib olish, o‘simlik organizmidan tashqarida yashashi va ko‘payishi uchun sharoit tug‘dirib berish lozim. Ajratib olingan hujayra va to‘qimalarni sun’iy oziqa muhitida, steril sharoitda (in vitro) o‘stirish usuli ajratilgan to‘qimalar kulturasi deb nom oldi va ularni biotexnologiyada ishlatish mumkinligi sababli katta ahamiyat kasb etdi.
Biotexnologik jarayonlar sun’iy oziqa muhitida o‘stirilgan mikroorganizmlar, o‘simlik va hayvon to‘qimalari, hujayralari va organellalaridan foydalanishga asoslanadi. Hozirgi vaqtda dunyoni ko‘plab mamlakatlarida biotexnologiyani rivojlanishiga alohida e’tibor berilmoqda. Bunga asosiy sabab, biotexnologiyani boshqa texnologiyalarga nisbatan bir qator ustunlikka egaligidir. Masalan, biotexnologik jarayonlar juda kam energiya talab qiladilar, deyarli chiqindisiz, ekologik toza va h.k. SHuning bilan bir qatorda, biotexnologiya standart jihozlardan va preparatlardan foydalanadi va iqlim sharoitiga qaramasdan hamda ko‘p maydon egallamagan holda jarayonlarni yil bo‘yi o‘tkazishga asoslanadi. Aytib o‘tilgan ustunliklar, o‘simliklarni va hayvonlarni hujayralari, to‘qimalari va organlariga ham tegishlidir.


O‘simlik hujayrasi orqali in vitro sharoitida yaratilgan biologik tizim, shakllangan o‘simlikning ayrim belgilarini o‘zida saqlaydi. Bunday sun’iy biologik tizim ikki xili mavjud: biri kallus ko‘rinishida bo‘lib, ikkinchisi esa hujayralarning suspenziya holatidadir. Kallus geterogenli bo‘lib, diffferensiyalanmagan hujayralarning yig‘indisidir. Mazkur massa, to‘liq o‘simlikka o‘xshash ayrim metabolitlarning sintezlash faoliyatiga ega.
Hujayralarning suspenziyasi kallusga nisbatan gomogen bo‘lganligi uchun tezroq o‘sish va muhitga moslashish qobiliyati yuqori bo‘ladi. Hujayraning alohida o‘simlikka aylanishi u uchun juda kuchli stress omili desa bo‘ladi. Bu jarayonda hujayra metabolizmini ko‘p tomonlari o‘zgarishga yuz tutadi. Birinchi navbatda mazkur tizim genomning funksional qirralari o‘zgaradi. YAshashga moslashuvchi genlar faollansa, hujayralarning differensirovkasi uchun javob beradigan genlar repressiyalanadi.
Hujayralar majmuasining bunday holati mikrob hujayrasiga nisbatan metabolitlarni ko‘proq sintezlaydi. O‘simlik hujayralarrining kallus xolati genetik va biokimyoviy tadqiqot izlanishlari uchun ajoyib modeldir. Masalan, to‘liq o‘simliklarda individual oqsillarning sintezi va ularning stabilligini kuzatish juda murakkab bo‘lib, hujayra ekmasida bunday ilmiy ishlarni osonlik bilan bajarish mumkin. Xujayralarning to‘plami bo‘lgan ekmada ilmiy-amaliy ishlar olib boriladi.
Protoplastlarning qo‘shilishidan hosil bo‘ladigan o‘simlik regenerantlarini tayyorlash mumkin. O‘simlik hujayra qobig‘ini ferment yordamida gidrolizlab, “kiyimsiz” hujayra yoki protoplastlari ajratiladi. “Tashqi qobig‘i” yo‘q hujayralarni bir-birlai bilan qo‘shilishini, o‘simlik hujayralarini bunday qo‘shilishi hayvon hujayralarini qo‘shilishiga o‘hshasa ham, biroq jiddiy farqlar mavjuddir. Hayvon hujayralari qo‘shilsa yangi hujayra hosil bo‘ladi, o‘simlik protoplastlari qo‘shilishidan ham gibrid hujayra hosil bo‘lib, so‘ng o‘simlik shakllandi. Paraseksual gibridlanish asosida felogenetik bir-biridan uzoq, jinsiy yo‘l bilan chatishtirib bo‘lmaydigan, o‘simlik turlarini gibridlash mumkin. Mazkur usul orqali gibridlanayotgan ikki tur o‘simliklaridagi genlarni har xil variantlarda o‘zgartirish mumkin.
Ikki xil protoplastlarni qo‘shilishini ta’minlaydigan induktor polietilenglikol yoki o‘zgaruvchan elektr maydoni bo‘lishi kerak. Aralashma oynaga tomizilib, 15-20 daqiqadan keyin qo‘shilgan aralashma ajratilib, maxsus oziqali muhitdao‘stiriladi. Ma’lum vaqtdan so‘ng, hujayra qobig‘i regeneratsiyaga uchrab, u gibridga aylanadi. SHunday somatik gibridlardan birlamchi va ikkilamchi metabolitlarni ajratish mumkin. Birlamchi metabolitlardan amaliyot uchun o‘simlik fermentlari katta ahamiyatga ega.
O‘simlik fermentlarining ba’zilari mikroorganizm fermentlariga nisbatan kam toksik hususiyatga ega bo‘lib, toza holda bo‘lmasa ham sanoat va tibbiyotda ishlatish mumkin. O‘simlik hujayralari turli metabolitlarni sintezlaydi. O‘simlik hujayralari sintezlaydigan ikkilamchi metabolitlarni ko‘pchiligini laboratoriya sharoitida sintezlab bo‘lmaydi. SHunday qilib, o‘simlik hujayralari tomonidan sintezlanadigan juda ko‘p metabolitlar sanoat va tibbiyotda keng ishlatiladi. O‘simlik hujayralarini klonlash, maqsadga muvofiq mutatsiyaga uchatish orqali gen muhandisligi asosida arzon, sifatli, miqdori ko‘p bo‘lgan metabolitlar olinib, har xil mMenimcha, transgen o'simlik tabiiy o'simlikdan yaxshiroq bo'lolmaydi. Ammo, odamlar 🙂 ni yeyishlari kerak, tabiiy o'simliklar esa borgan sari tezroq keta olmaydi, chunki bu takrorlanayotgan bo'lsa ham, ular uchun bu tabiiy emas. Ha, men GMO bu borada bizga katta yordam berishi mumkinligiga aminman, ammo baribir sog'liq uchun umuman zararsiz o'simliklarni olish uchun o'simlik genetik muhandisligi yanada takomillashtirilishi kerak.aqsadlarda ishlatilmoqda.
Ikkilamchi modda almashinuvi asosida hosil bo‘ladigan ko‘pchilik mahsulotlar, hozirgi kunda, o‘simlik hujayrasi ishtirokida laboratoriya va sanoat miqyosida ajratib olinmoqda. Jumladan, yurak glikozidlari, steroid, alkoloid va boshqa qimmatli dori-darmon yuqorida ko‘rsatilgan usul asosida, o‘simlik hujayralaridan ajratish yo‘lga qo‘yilgan. Mazkur sohaning muammolaridan biri shuki, genetik turg‘un o‘simlik hujayralarini yaratishdir. Ma’lumki, metabolitlar hujayra shirasida yoki vakuolalarda to‘planadi. Bu o‘rinda shuni aytib o‘tish joizki, hozirgi kunda gen muxandisligi ushbu metabolitlarni ajratish, tozalash o‘ziga xos qiyinchiliklarga ega ekanligi bilan ancha muammo tug‘dirmoqda. O‘simlik hujayralarini genetik transformatsiya qilish yaxshi natijalar bermoqda. Transformatsiyaning mohiyati shundan iboratki, protoplastlarga maqsadli genetik axborot kirgizilib, keyingi bosqichda klonlash va regeneratsiya asosida to‘liq o‘simlik hujayrasi hosil qilinadi (gen muhandislik texnikasi keyingi bobda yozilgan. Ko‘rsatilgan rasmda (42-rasm) transformatsiyalangan protoplast → hujayra suspenziyasi → kallusli to‘qima → to‘liq o‘simlik hosil bo‘lishi tasvirlangan. Mazkur usulning o‘tkazish jarayonida birinchi va oxirigi bosqichlar bir oz murakkab va muhim hisoblanadi. So‘nggi operatsiya qimmatli va samarali bo‘lib, bu jarayonda yangi maqsadli transgen o‘simlik etishtiriladi.