Зачем нужна генетическая инженерия растений

Всю историю сельского хозяйства (около 10 000 лет) человек для своей пользы улучшал животных и растения.

Основы селекции:

1) естественная генетическая изменчивость

2) искусственно созданная комбинативная изменчивость (гибридизация)

3) мутационная изменчивость (мутагенез).

Принцип селекции всегда оставался неизменным — отбор ценных генотипов. Результат известен — современные виды капусты совершенно непохожи на своих далёких предков, а початки кукурузы сегодня примерно в 10 раз больше тех, что выращивались 5 тысяч лет назад. К сожалению, кпд селекции очень низок — из тысяч и десятков тысяч исходных растений селекционер выводит всего один-два сорта.

Чем же отличается генная инженерия растений от обычной селекции? При селекции перенос генов осуществляется только между близкородственными растениями, генная инженерия же позволяет перенести в растение гены из любого организма.

Преимущества и трудности использования растений как объекта для генно-инженерных исследований

Важным преимуществом растений по сравнению с животными является способность их клеток и протопластов при наличии подходящих условий в культуре in vitro развиваться (регенерировать) в целое фертильное растение - тотипотентность. Т.е. для трансформации можно использовать практически любую часть растения. Это свойство тотипотентности соматических клеток используется для получения трансгенных растений, открывает возможность для изучения функционирования генов, внедренных в растения, а также для использования их в селекции.

К числу существенных трудностей генно-инженерных работ с растениями относится то обстоятельство, что многие хозяйственно ценные признаки имеют полигенный характер наследования, т.е. контролируются не одним, а многими генами. Кроме того, геном растений изучен хуже, чем геном млекопитающих. Это связано:

1) с огромными размерами геномов многих растений (десятки и даже сотни млрд. пн);

2) их чрезвычайной обогащенностью некодирующими, т.е. не содержащими структурные гены, участками ДНК (доля избыточной ДНК может достигать 90 и даже 99% и среди этих последовательностей надо найти функциональные участки - гены);

3) большим числом полиплоидных форм (содержащих более двух геномов на клетку), среди которых много аллополиплоидов (имеющих в ядре нескольких близких, но не идентичных геномов). Например, у человека (2n=46) - 3,2 млрд пн, а у мягкой (гексаплоидной) пшеницы (Triticum aestivum, 2n=6x=42) - в 5 раз больше («16 млрд пн), у лилейных (Lilium) -в 10 раз больше (50-60 млрд пн), сосны (Pinus sylvestris, 2n=2x=24) - в 20 раз больше (68 млрд.пн). Многие виды растений имеют мелкие хромосомы (длина хромосом не превышает 3 мкм), а для некоторых видов до сих пор не установлено точное число хромосом. Несмотря на указанные трудности, к 2002 г. полностью расшифрован (секвенирован) геном арабидопсиса (Arabidopsis thaliana - горчица малая, или резушка Таля, 2n=2x=10) двудольного растения с маленьким геномом -125 млн пн, 25 тыс генов и в 2003г. - генома риса (Oryza sativa, 2n=2x=24) - однодольного растения, имеющего также небольшой геном - 430 млн пн. Арабидопсис не имеет никакого хозяйственного значения. Но это удобный модельный объект для генетиков. Его геном используется в качестве "базового" или "справочного" генома для изучения и анализа геномов других растений (сравнительная геномика), а также как донор генов для генно-инженерных работ. С этой же целью применяются и сведения о важной продовольственной культуре - рисе, являющемся основным источником пищи для половины человечества.

 

Создание трансгенных растений в настоящее время развиваются по следующим направлениям:

1. Получение сортов с/х культур с более высокой урожайностью

2. Получение с/х культур, дающих несколько урожаев в год (например, в России существуют ремантантные сорта клубники, дающие два урожая за лето)

3. Создание сортов с/х культур, токсичных для некоторых видов вредителей (например, в России ведутся разработки, направленные на получение сортов картофеля, листья которого являются остро токсичными для колорадского жука и его личинок)

4. Создание сортов с/х культур, устойчивых к неблагоприятным климатическим условиям (например, были получены устойчивые к засухе трансгенные растения, имеющие в своем геноме ген скорпиона)

5. Создание сортов растений, способных синтезировать некоторые белки животного происхождения (например, в Китае получен сорт табака синтезирующий лактоферрин человека).