Биобезопасность
В опухоли бактерия находит для себя отличную питательную среду и размножается. Для генной инженерии специально выведен штамм агробактерии, лишенный способности вызывать опухоли, но сохранивший возможность вносить свою ДНК в растительную клетку.
Нужный ген вклеивают с помощью рестриктаз в кольцевую молекулу ДНК бактерии, так называемую плазмиду. Эта же плазмида несет ген устойчивости к антибиотику. Полученные бактериальные клетки имеют, кроме нового полезного гена, устойчивость к антибиотику.
\"Вклеивание\" нужного гена в клетки агробактерии.
Однако поскольку агробактерия не заражает такие важные пищевые растения, как рис, пшеница, кукуруза, разработаны и другие способы. Например, можно ферментами растворить толстую клеточную оболочку растительной клетки, мешающую прямому проникновению чужой ДНК, и поместить такие очищенные клетки в раствор, содержащий ДНК и какое-либо химическое вещество, способствующее ее проникновению в клетку (чаще всего применяется полиэтиленгликоль). Иногда в мембране клеток проделывают микроотверстия короткими импульсами высокого напряжения, а через отверстия в клетку могут пройти отрезки ДНК. Иногда применяют даже впрыскивание ДНК в клетку микрошприцем под контролем микроскопа. Несколько лет назад предложено покрывать ДНК сверхмалые металлические \"пули\", например шарики из вольфрама диаметром 1-2 микрона, и \"стрелять\" ими в растительные клетки. Проделываемые в стенке клетки отверстия быстро заживляются, а застрявшие в протоплазме \"пули\" так малы, что не мешают клетке функционировать. Часть \"залпа\" приносит успех: некоторые \"пули\" внедряют свою ДНК в нужное место. Дальше из клеток, воспринявших нужный ген, выращивают целые растения, которые затем размножаются обычным способом.
Два основных метода создания трансгенных растений.
a-ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АГРОБАКТЕРИИ
b-ИСПОЛЬЗОВАНИЕ \"ДНК-ПУШКИ\"
1- ВВЕДЕНИЕ ДНК В ПЛАЗМИДУ БАКТЕРИИ
2- ПЕРЕНОС ДНК В КЛЕТКУ РАСТЕНИЯ
3- ВСТРАИВАНИЕ ДНК
4- РАЗМНОЖЕНИЕ КЛЕТОК С НОВЫМ ГЕНОМ
5- ВЫСАЖИВАНИЕ В ПОЧВУ
6- НАНЕСЕНИЕ ДНК НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЧАСТИЦЫ
7- ОБСТРЕЛ ЧАСТИЦАМИ С ДНК
8- РАСТИТЕЛЬНАЯ КЛЕТКА
(Фролов Ю. 1998. http://nauka.relis.ru/cgi/nauka.pl?08+9810+08810024+HTML)
Наиболее остро стоит вопрос о получении растений, устойчивых к вредителям сельского хозяйства, так как болезни растений стали основным лимитирующим фактором получения урожая. Традиционно используют ген bt, продуктом которого является бактериальный токсин Bacillus thuringiensis. Эта тюрингская бактерия продуцирует крупный белок (протоксин), контролируемый геном bt, который, попадая в кишечник личинок насекомых, разрушается под действием ферментов, а его фрагмент (эндотоксин) приводит к их гибели. В настоящее время уже синтезирован искусственный ген bt, конструкция с которым более эффективна, а сами трансгенные растения обладают широким спектром устойчивости к насекомым. Трансгенные растения картофеля, хлопка, кукурузы с геном bt уже производятся фирмами \"Monsanto\", \"Ciba Seeds\" и продаются на рынках мира, хотя дискуссии об их использовании еще не закончены (Глеба Ю.Ю. 1998).
Используется также подход для получения трансгенных растений с \"antisense RNA\" (перевернутой или антисмысловой РНК), который позволяет управлять работой интересуемого гена. В этом случае при конструировании вектора копию ДНК (к-ДНК) встраиваемого гена переворачивают на 180 градусов. В результате в трансгенном растении образуется нормальная молекула мРНК и перевернутая, которая в силу комплементарности нормальной мРНК образует с ней комплекс, при этом закодированный белок не синтезируется (Сельскохозяйственная биотехнология,1991.).
Такой подход использован для получения трансгенных растений томатов с улучшенным качеством плодов. Вектор включал к-ДНК гена PG, контролирующего синтез полигалактуроназы (polygalacturonase) - фермента, участвующего в разрушении пектина, основного компонента межклеточного пространства растительных тканей. Продукт гена PG синтезируется в период созревания плодов томатов, а увеличение его количества приводит к тому, что томаты становятся более мягкими, что значительно сокращает срок их хранения. Отключение этого гена в трансгенах позволило получить растения томатов с новыми свойствами плодов, которые не только значительно дольше сохранялись, но и сами растения были более устойчивы к грибным заболеваниям.
Такой же подход можно применить для регулирования сроков созревания томатов, а в качестве мишени в этом случае используют ген EFE (ethylene-forming enzyme), продуктом которого является фермент, участвующий в биосинтезе этилена. [Кулаева О.Н., 1995).
Еще одно направление повышения урожайности растений связано с использованием бактерий, фиксирующих атмосферный азот. Фиксацию азота обеспечивают ферменты - продукты nif-генов. В настоящее время практически решена проблема увеличения дозы nif-генов у клубеньковых бактерий рода Rhizobium. Большинство генов, контролирующих способность этих бактерий к симбиозу с бобовыми растениями, локализуется на плазмидах. Это расширяет возможности использования методов генной инженерии для увеличения эффективности азотфиксации и как следствие - улучшения азотного питания растений. (Проворов Н.А.и др., 1991).
В настоящее время все больший интерес вызывают ассоциативные азотфиксирующие бактерии, не образующие клубеньков и питающиеся корневыми выделениями травянистых растений. Производительность их азотфиксации невелика (30-40 кг азота на 1 га в год), но они имеют широкий круг растений-хозяев. Сейчас найдены ассоциативные симбионты более чем у 110 видов растений, в том числе пищевых и кормовых злаков и овощей. (Дятлова К.Д. Микробные препараты в растениеводстве. Соросовский образовательный журнал.2001, №5).
Следует упомянуть еще об одном направлении в генной инженерии растений, которое до недавнего времени в основном использовали в фундаментальных исследованиях - для изучения роли гормонов в развитии растений. Суть экспериментов заключалась в получении трансгенных растений с комбинацией определенных бактериальных гормональных генов, например только iaaM или ipt и т.д. Эти эксперименты внесли существенный вклад в доказательство роли ауксинов и цитокининов в дифференцировке растений (Лутова Л.А.и др., 1998; Кулаева О.Н., 1995).
В последние годы этот подход стали использовать в практической селекции. Оказалось, что плоды трансгенных растений с геном iaaM, находящимся под промотором гена Def (ген, который экспрессируется только в плодах), являются партенокарпическими, то есть сформировавшимися без опыления. Партенокарпические плоды характеризуются либо полным отсутствием семян, либо очень небольшим их количеством, что позволяет решить проблему \"лишних косточек\", например в арбузе, цитрусовых и т.д. Уже получены трансгенные растения кабачков, которые в целом не отличаются от контрольных, но практически не содержат семян.
Областей применения трансгенных растений множество. На уровне лабораторных экспериментов ведутся работы по получению растений, устойчивых к холоду, тяжелым металлам, повышенному содержанию солей и др. Трансгенные растения, устойчивые к гербицидам (химическим соединениям, которые используют для борьбы с сорняками), к вирусам, растения с повышенным содержанием масел и незаменимых аминокислот уже выращивают на миллионах гектаров.
( )
Не менее интересен и другой аспект работ - получены трансгенные растения с измененными декоративными свойствами. Один из примеров - это получение растений петунии с разноцветными цветками. На очереди голубые розы с геном, контролирующим синтез голубого пигмента, клонированным из дельфиниума. (Лутова Л.А. 2000. №10 ).
Первое трансгенное растение было получено в 1983 г. Биологи встроили в молекулу ДНК картофеля ген Bacillus thuriengiensis, который производит белок, смертельно ядовитый для колорадского жука, в то время как на другие живые организмы он не действует. Точно так же в ДНК кукурузы встраивают ген, защищающий ее от кукурузного мотылька, а в хромосомы хлопка - гены, делающие его \"несъедобным для насекомых-вредителей.
В настоящее время разработано более 180 видов генетически измененных растений - соя, кукуруза, рис, хлопок, тыква, огурец, перец, дыня и др., включая злаки, которые приобрели устойчивость к насекомым-вредителям, фитопатогенным бактериям, микромицетам и вирусам, к повреждениям при хранении, а также растений, синтезирующих гормоны, привлекающие полезных насекомых.
Сорта, полученные в результате биотехнологии, дают урожай больше, чем обыкновенные культуры. Улучшились и потребительские свойства продуктов. Например, из ГМ-кукурузы, соевых бобов и рапса получается растительное масло, в котором снижено количество насыщенных жиров. Усовершенствованные помидоры, тыква и картофель лучше сохраняют витамины С, Е и бета-каротин. Рис - основной продукт питания во многих развивающихся странах - содержит витамин А и железо, что избавляет от тяжелых болезней, порожденных их дефицитом.
Нужный ген вклеивают с помощью рестриктаз в кольцевую молекулу ДНК бактерии, так называемую плазмиду. Эта же плазмида несет ген устойчивости к антибиотику. Полученные бактериальные клетки имеют, кроме нового полезного гена, устойчивость к антибиотику.
\"Вклеивание\" нужного гена в клетки агробактерии.
Однако поскольку агробактерия не заражает такие важные пищевые растения, как рис, пшеница, кукуруза, разработаны и другие способы. Например, можно ферментами растворить толстую клеточную оболочку растительной клетки, мешающую прямому проникновению чужой ДНК, и поместить такие очищенные клетки в раствор, содержащий ДНК и какое-либо химическое вещество, способствующее ее проникновению в клетку (чаще всего применяется полиэтиленгликоль). Иногда в мембране клеток проделывают микроотверстия короткими импульсами высокого напряжения, а через отверстия в клетку могут пройти отрезки ДНК. Иногда применяют даже впрыскивание ДНК в клетку микрошприцем под контролем микроскопа. Несколько лет назад предложено покрывать ДНК сверхмалые металлические \"пули\", например шарики из вольфрама диаметром 1-2 микрона, и \"стрелять\" ими в растительные клетки. Проделываемые в стенке клетки отверстия быстро заживляются, а застрявшие в протоплазме \"пули\" так малы, что не мешают клетке функционировать. Часть \"залпа\" приносит успех: некоторые \"пули\" внедряют свою ДНК в нужное место. Дальше из клеток, воспринявших нужный ген, выращивают целые растения, которые затем размножаются обычным способом.
Два основных метода создания трансгенных растений.
a-ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АГРОБАКТЕРИИ
b-ИСПОЛЬЗОВАНИЕ \"ДНК-ПУШКИ\"
1- ВВЕДЕНИЕ ДНК В ПЛАЗМИДУ БАКТЕРИИ
2- ПЕРЕНОС ДНК В КЛЕТКУ РАСТЕНИЯ
3- ВСТРАИВАНИЕ ДНК
4- РАЗМНОЖЕНИЕ КЛЕТОК С НОВЫМ ГЕНОМ
5- ВЫСАЖИВАНИЕ В ПОЧВУ
6- НАНЕСЕНИЕ ДНК НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЧАСТИЦЫ
7- ОБСТРЕЛ ЧАСТИЦАМИ С ДНК
8- РАСТИТЕЛЬНАЯ КЛЕТКА
(Фролов Ю. 1998. http://nauka.relis.ru/cgi/nauka.pl?08+9810+08810024+HTML)
Наиболее остро стоит вопрос о получении растений, устойчивых к вредителям сельского хозяйства, так как болезни растений стали основным лимитирующим фактором получения урожая. Традиционно используют ген bt, продуктом которого является бактериальный токсин Bacillus thuringiensis. Эта тюрингская бактерия продуцирует крупный белок (протоксин), контролируемый геном bt, который, попадая в кишечник личинок насекомых, разрушается под действием ферментов, а его фрагмент (эндотоксин) приводит к их гибели. В настоящее время уже синтезирован искусственный ген bt, конструкция с которым более эффективна, а сами трансгенные растения обладают широким спектром устойчивости к насекомым. Трансгенные растения картофеля, хлопка, кукурузы с геном bt уже производятся фирмами \"Monsanto\", \"Ciba Seeds\" и продаются на рынках мира, хотя дискуссии об их использовании еще не закончены (Глеба Ю.Ю. 1998).
Используется также подход для получения трансгенных растений с \"antisense RNA\" (перевернутой или антисмысловой РНК), который позволяет управлять работой интересуемого гена. В этом случае при конструировании вектора копию ДНК (к-ДНК) встраиваемого гена переворачивают на 180 градусов. В результате в трансгенном растении образуется нормальная молекула мРНК и перевернутая, которая в силу комплементарности нормальной мРНК образует с ней комплекс, при этом закодированный белок не синтезируется (Сельскохозяйственная биотехнология,1991.).
Такой подход использован для получения трансгенных растений томатов с улучшенным качеством плодов. Вектор включал к-ДНК гена PG, контролирующего синтез полигалактуроназы (polygalacturonase) - фермента, участвующего в разрушении пектина, основного компонента межклеточного пространства растительных тканей. Продукт гена PG синтезируется в период созревания плодов томатов, а увеличение его количества приводит к тому, что томаты становятся более мягкими, что значительно сокращает срок их хранения. Отключение этого гена в трансгенах позволило получить растения томатов с новыми свойствами плодов, которые не только значительно дольше сохранялись, но и сами растения были более устойчивы к грибным заболеваниям.
Такой же подход можно применить для регулирования сроков созревания томатов, а в качестве мишени в этом случае используют ген EFE (ethylene-forming enzyme), продуктом которого является фермент, участвующий в биосинтезе этилена. [Кулаева О.Н., 1995).
Еще одно направление повышения урожайности растений связано с использованием бактерий, фиксирующих атмосферный азот. Фиксацию азота обеспечивают ферменты - продукты nif-генов. В настоящее время практически решена проблема увеличения дозы nif-генов у клубеньковых бактерий рода Rhizobium. Большинство генов, контролирующих способность этих бактерий к симбиозу с бобовыми растениями, локализуется на плазмидах. Это расширяет возможности использования методов генной инженерии для увеличения эффективности азотфиксации и как следствие - улучшения азотного питания растений. (Проворов Н.А.и др., 1991).
В настоящее время все больший интерес вызывают ассоциативные азотфиксирующие бактерии, не образующие клубеньков и питающиеся корневыми выделениями травянистых растений. Производительность их азотфиксации невелика (30-40 кг азота на 1 га в год), но они имеют широкий круг растений-хозяев. Сейчас найдены ассоциативные симбионты более чем у 110 видов растений, в том числе пищевых и кормовых злаков и овощей. (Дятлова К.Д. Микробные препараты в растениеводстве. Соросовский образовательный журнал.2001, №5).
Следует упомянуть еще об одном направлении в генной инженерии растений, которое до недавнего времени в основном использовали в фундаментальных исследованиях - для изучения роли гормонов в развитии растений. Суть экспериментов заключалась в получении трансгенных растений с комбинацией определенных бактериальных гормональных генов, например только iaaM или ipt и т.д. Эти эксперименты внесли существенный вклад в доказательство роли ауксинов и цитокининов в дифференцировке растений (Лутова Л.А.и др., 1998; Кулаева О.Н., 1995).
В последние годы этот подход стали использовать в практической селекции. Оказалось, что плоды трансгенных растений с геном iaaM, находящимся под промотором гена Def (ген, который экспрессируется только в плодах), являются партенокарпическими, то есть сформировавшимися без опыления. Партенокарпические плоды характеризуются либо полным отсутствием семян, либо очень небольшим их количеством, что позволяет решить проблему \"лишних косточек\", например в арбузе, цитрусовых и т.д. Уже получены трансгенные растения кабачков, которые в целом не отличаются от контрольных, но практически не содержат семян.
Областей применения трансгенных растений множество. На уровне лабораторных экспериментов ведутся работы по получению растений, устойчивых к холоду, тяжелым металлам, повышенному содержанию солей и др. Трансгенные растения, устойчивые к гербицидам (химическим соединениям, которые используют для борьбы с сорняками), к вирусам, растения с повышенным содержанием масел и незаменимых аминокислот уже выращивают на миллионах гектаров.
( )
Не менее интересен и другой аспект работ - получены трансгенные растения с измененными декоративными свойствами. Один из примеров - это получение растений петунии с разноцветными цветками. На очереди голубые розы с геном, контролирующим синтез голубого пигмента, клонированным из дельфиниума. (Лутова Л.А. 2000. №10 ).
Первое трансгенное растение было получено в 1983 г. Биологи встроили в молекулу ДНК картофеля ген Bacillus thuriengiensis, который производит белок, смертельно ядовитый для колорадского жука, в то время как на другие живые организмы он не действует. Точно так же в ДНК кукурузы встраивают ген, защищающий ее от кукурузного мотылька, а в хромосомы хлопка - гены, делающие его \"несъедобным для насекомых-вредителей.
В настоящее время разработано более 180 видов генетически измененных растений - соя, кукуруза, рис, хлопок, тыква, огурец, перец, дыня и др., включая злаки, которые приобрели устойчивость к насекомым-вредителям, фитопатогенным бактериям, микромицетам и вирусам, к повреждениям при хранении, а также растений, синтезирующих гормоны, привлекающие полезных насекомых.
Сорта, полученные в результате биотехнологии, дают урожай больше, чем обыкновенные культуры. Улучшились и потребительские свойства продуктов. Например, из ГМ-кукурузы, соевых бобов и рапса получается растительное масло, в котором снижено количество насыщенных жиров. Усовершенствованные помидоры, тыква и картофель лучше сохраняют витамины С, Е и бета-каротин. Рис - основной продукт питания во многих развивающихся странах - содержит витамин А и железо, что избавляет от тяжелых болезней, порожденных их дефицитом.
Авторы сайта не несут отвественности за данный материал и предоставляют его исключительно в ознакомительных целях