Генетическая инженерия растений
Генетическая инженерия
Генетическая инженерия как способ переноса новых генов становится эффективным инструментом селекции культурных растений. Чтобы встроить в хромосому нужный структурный ген, требуется вектор-нуклеотидная последовательность, способная включаться в ДНК, не нарушая ее целостности. Вектор должен отвечать следующим требованиям: а) должен автономно реплицироваться- б) иметь маркеры, по которым легко можно обнаружить трансформированные клетки- в) введение чужеродной ДНК не должно нарушать функций генома.
В поисках вектора ученые, в первую очередь, обратили внимание на плазмиды фитопатогенных бактерий, в частности, плазмиды Agrobacterium tumefaciens. Эта почвенная бактерия вызывает образование опухолей (корончатых галлов) в области корневой шейки растения. Бактрия вводит в растительную клетку агент, индуцирующий опухоль. Этим агентом является участок Т – плазмиды, так называемая Т_ДНК, которая несет гены, ответственные за синтез опинов. В здоровых растениях опины не обнаруживаются, они начинают синтезироваться в инфицированном растении. Бактерия способна расти только в присутствии одного из опинов, используя его в качестве источника углерода и азота. Гены, ответсвенные за перенос Т-ДНК в растительную клетку и ее встраивание в хромосомную ДНК, находятся вне Т_ДНК. Т-ДНК обладает двумя свойствами, делающими ее идеальным вектором для введения чужеродных генов в клетки растений.
Видео: Биотехнологии. Урок 10. Генная инженерия. Можно ли получить растения, синтезирующие паутину?
В качестве векторов привлекают внимание исследователей также ДНК хлоропластов и митохондрий.
Плазмиды. Рекомбинированные с миникольцевыми молекулами ДНК хлоропластов и митохондрий, могут служить векторами, которые способны реплицироваться в клетках. Хлоропласты содержат до нескольких десятков кольцевых молекул ДНК одинакового размера, гомогенных по структуре. Хлоропластные ДНК способны к автономной репликации и транскрипции. При обработке их рестриктазами получают фрагменты ДНК, строго специфичные для каждого вида растений.
Видео: Генная инженерия и ГМО- венец мысли человека или его безумие?
Митохондриальный геном растений устроен иначе. Если в хлоропластах ДНК представлена одинаковыми кольцевыми молекулами, то в митохондриях содержится несколько классов кольцевых молекул. Наличие миникольцевых ДНК характерно для митохондрий многих высших растений. Кроме того, митохондриальный геном растений отличается большой информационной емкостью. Не исключено, что роль универсального вектора смогут выполнять также мобильные генетические элементы, так называемые транспозоны.
Разработаны различные методы введения чужеродных генов в протопласты. Можно заражать протопласты, инкубируя их непосредственно с Ti-плазмидами, несущими нужный ген, в присутствии ПЭГ и Са2+. Т-ДНК проникают в протопласты и трансформируют их. После регенерации протопластами клеточной стенки и деления образованный каллус переносят на среду, не содержащую фитогормоны. В этих условиях выживают и размножаются клетки, содержащие Т-ДНК, поскольку в этом сегменте есть гены, ответственные за синтез фитогормонов.
Можно заражать агробактериями культуру клеток. Через несколько часов бактерии убивают добавлением в среду антибиотиков и продолжают культивировать клетки до образования каллусов. Затем каллусы переносят на среду без гормонов, на которой выживают только трансформированные клетки. Эффективность метода культивирования протопластов с агробактериями составляет 10%.
Кроме описанных выше естественных механизмов трансформации с использованием агробактерий, разработан ряд искусственных методов введения молекул ДНК в протопласты. ЕЕ заключают в липосомы-пузырьки из фосфолипидов, которые к тому же могут надежно защищать ДНК от нуклеаз. Часть ДНК проникает в ядро и реплицируется там, что было установлено по поведению ДНК, меченой тритием. Эффективность метода 1%.
Значительно более результативен метод микроинъекции ДНК (40%). Этим методом можно вводить ДНК не только в протопласты, но и в клетки. Некоторые исследователи осуществляют прямую трансформацию под влиянием различных воздействий, например, электрического импульса либо ультрафиолетового лазера. В стенке клетки пробивается микроскопическое отверстие, которое через секунду заживляется, но за это время внутри клетки успевает проникнуть ДНК с эффективностью около 1%.
Таким образом, возможность введения в клетки растений чужеродной генетической информации экспериментально доказана и открывает многообещающие перспективы для создания принципиально новых форм растений с хозяйственно ценными признаками.
