Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Медицина arrow ГЕНЕТИКА
Посмотреть оригинал

Генная инженерия и векторы для клонирования растений

Опухолевое заболевание растений, получившее название корончатый галл, описал еще Аристотель в IV в. до н. э. В начале XX в. н. э. было установлено, что это заболевание вызывает почвенная бактерия Agrobactenum Ште/асгет. Клетки растительных опухолей интенсивно растут на искусственных средах и в отличие от клеток нормальных тканей не нуждаются в добавлении фитогормонов.

В 1970-х гг. было установлено, что причиной образования опухолей являются так называемые 77-плазмиды, обнаруженные в клетках некоторых штаммов А. Ште/аЫет. 77-плазмиды - это кольцевые молекулы ДНК с молекулярной массой около 1,3 х 108 Д и длиной до 200 т. п. н. Эти плазмиды проникают из бактерий в клетки растения, и часть ДНК 77-плазмиды, получившая название Т-ДНК, ковалентно встраивается в хромосомы инфицируемого растения. При этом Т-ДНК вызывает образование опухоли и индуцирует синтез фитогормонов (цитокининов и ауксина), а также ряда производных аминокислот, объединяемых общим термином опины. Опины служат бактерии пищей. Этот механизм инфекции и используют для введения в растения чужеродных генов. Итак, операция сводится к включению нужного гена в сайт Т-ДНК и к трансформации клетки растения такой рекомбинантной плазмидой. Клетка должна регенерировать в полноценное растение, причем встроенный ген лишает Т-ДНК способности к образованию опухоли. Встраивание клонированного таким путем сегмента ДНК (трансгена) в ДНК клетки-хозяина и регенерация ее в полноценный организм - перспективный путь создания трансгенных организмов как растений, так и животных.

В настоящее время выделены и проклонированы десятки генов высших растений, в том числе гены, контролирующие синтез запасных белков ячменя, кукурузы, гороха, сои, а также гены, контролирующие активность ферментов; некоторые гены хлоропластов пшеницы, шпината и других растений. С начала 1980-х гг. введение в клетки растений чужеродных генов стало свершившимся фактом.

Для улучшения сортов нужный ген вводят в растительную клетку с помощью специальных векторов (рекомбинантных плазмид А%гоЬас1епит Ште/ааепг или А. rh?zogenes). Затем из трансформированной клетки методом культуры тканей регенерируют полноценное растение с новыми биологическими свойствами, дающее семена нового сорта (рис. 15.15). Бактерия А%гоЬас1егтт Ште/айет вызывает у растений рак. Она содержит плазмиду 77, сегмент которой (Т-ДНК) способен встраиваться в хромосомную ДНК растительной клетки. Инфекция индуцирует синтез соединений опинов, которые служат бактерии пищей.

Генно-инженерные манипуляции по введению в клетки растений чужеродных генов с помощью бактерий

Рис. 15.15. Генно-инженерные манипуляции по введению в клетки растений чужеродных генов с помощью бактерий

Используя данный метод, удалось выделить ген устойчивости к гербицидам, который был перенесен в клетки табака, чтобы попытаться регенерировать из них устойчивые растения. Группа исследователей из США трансформировала клетки подсолнечника геном фазеолина (резервного белка фасоли), который хорошо экспрессировался в регенерировавших растениях и передавался потомству. Другая группа ученых успешно пересадила растениям ген одного из ферментов фотосинтеза (точнее, малой субъединицы этого фермента), который экспрессируется у полученного потомства.

Использование в качестве вектора рекомбинантной плазмиды бактерии Agrobacterium rhizogenes имеет некоторую специфику. Она обладает плазмидой Ri, в которой также содержится Т-ДНК, способная встраиваться в хромосомную ДНК растительных клеток. В данном случае Т-ДНК вызывает обильное корнеобразование - синдром hairy-root. Эта Т-ДНК функциональна, поскольку трансформированные клетки корней синтезируют опины. Преимущества данного вектора (в сравнении с плазмидой 77) состоят в том, что регенерация из корней представляется намного более простой и быстрой, чем из клеток раковой опухоли.

Для создания трансгенных сельскохозяйственных растений сейчас применяются методы, альтернативные генетической трансформации. В частности, широко практикуется доставка вектора в мишень с помощью высокоскоростной баллистической трансфекции. Сделана попытка создать альтернативную технологию введения чужеродной ДНК в растительную клетку методом электрофореза в геле на агар-агаре.

Использование методов генной инженерии позволяет решать разнообразные селекционные задачи. Особенно большие успехи достигнуты при переносе в растения генов устойчивосги к болезням, вредителям, гербицидам и др.

Так, немецкая фирма АО «Кляйнванцделебенер Заатцухт», используя методы генной инженерии и стерильную культуру меристему, успешно проводит селекцию сахарной свеклы по двум перспективным целевым проектам: по изучению устойчивости к ризомании и перенесению контролирующего ее гена в клетки сахарной свеклы и по селекции с помощью генетических маркеров. При таком подходе свойства будущей линии, гибрида или сорта, например устойчивость к той или иной болезни, которая контролируется определенными генами, можно предвидеть уже в лаборатории.

Ризомания, или бородатость корня сахарной свеклы, - одно из наиболее серьезных заболеваний этой культуры. Оно широко распространено и вызывает снижение урожайности на 50 % и более. Во многих районах с зараженными ризоманией площадями выращивание сахарной свеклы возможно только при использовании устойчивых сортов. Еще лучше по сравнению с последними показывают себя сорта с так называемой полной резистентностью, которые можно получить только методами генной инженерии.

Для формирования резистентности к ризомании из вируса, вызывающего заболевание (некротический желтый вирус прожилок листьев), в клетку свеклы переносят предварительно изолированный отрезок гена, ответственного за синтез протеина оболочки вируса (рис. 15.16). Растение, обладающее этой новой дополнительной генетической информацией, производит в клетке свеклы пустую вирусную оболочку и, таким образом, блокирует развитие самого вируса при его внедрении в клетку.

Сорта сахарной свеклы с полной резистентностью к вирусу ризомании имеют огромные преимущества.

Схема создания резистентных к вирусу ризомании растений сахарной свеклы

Рис. 15.16. Схема создания резистентных к вирусу ризомании растений сахарной свеклы

с помощью метода генной инженерии

Полагают, что генная инженерия особенно перспективна при изучении процессов развития и дифференциации растений, что поможет в будущем правильнее организовать селекционный процесс. Молекулярная биология предложила несколько интересных вспомогательных методов. Так, Р. Оуэнс и Т. Динер (1981) в США использовали фрагменты ДНК (зонды) для выявления вируса опасной болезни картофеля - веретеновидности клубней, показав тем самым простой метод диагностики. Исследователям из Института растениеводства в Кембридже (Великобритания) удалось таким способом идентифицировать в геноме пшеницы фрагменты хромосом ржи после скрещивания этих видов между собой.

Одним из перспективных направлений генетической инженерии считают придание растениям устойчивости к поздним весенним и ранним осенним заморозкам, которые причиняют сельскому хозяйству огромный ущерб. Однако не следует забывать, что селекция новых сортов затрагивает свойства, контролируемые очень многими генами одновременно, и невозможно все их подвергнуть генно-инженерным манипуляциям.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Популярные страницы