Генетично модифицирани организми. Класификация на трансгенните растения по признаци (страница 1 от 2)

1. Генетично модифицирани организми. Класификация на трансгенните растения по признаци

Най-важният компонент на съвременната биотехнология е генетичното или генното инженерство.

Има няколко определения, които разкриват същността на генното инженерство. Според академик А.А. Баева, това е „in vitro изграждане на функционално активни генетични структури (рекомбинантна хибридна ДНК)“, или „създаване на изкуствени генетични програми“.

Друго определение е дадено в Интернет: „Генното инженерство е управление на генетичната основа на организмите чрез въвеждане или отстраняване на специфични гени, използвайки техниките на съвременната молекулярна биология“.

Методите на генното инженерство позволяват да се проектират фрагменти от рекомбинантни ДНК молекули на един или друг организъм, които, когато бъдат въведени в генетичния апарат, ще им дадат свойства, полезни за хората.

Съвременната биотехнология се основава на принципите на традиционната селекция, която се състои в придобиването на необходимите качествено нови характеристики от организмите. Въпреки това, за разлика от конвенционалната селекция, която дълго време изпитва много комбинации от гени, биотехнологиите позволяват да се въведе в генетичния апарат на обект един ген или група гени, отговорни за проявата на желаната черта, което значително ускорява постигането от необходимия резултат (фиг. 1).

Генетично модифициран модифициран (генетично модифициран) организъм - организъм или няколко организма, всяка неклетъчна, едноклетъчна или многоклетъчна формация, способна да възпроизвежда или предава наследствен генетичен материал, различен от естествените организми, получен чрез методи на генно инженерство и съдържащ генно инженерни материали, включително гени, техните фрагменти

Фигура: 1. Отличителни черти на генното инженерство на растенията

За създаване на генетично модифицирани организми са разработени методи, които ви позволяват да изрежете необходимите фрагменти от молекулите на ДНК, да ги модифицирате по съответния начин, да ги реконструирате в едно цяло и да клонирате - да умножите в голям брой копия.

Организмите, претърпели генетична трансформация, се наричат трансгенни.

Трансгенни организми - животни, растения, микроорганизми, вируси, чиято генетична програма е променена с помощта на методи за генно инженерство.

Основните задачи на генното инженерство при създаването на трансгенни растения в съвременните условия на развитие на земеделието и обществото са доста разнообразни (Таблица 1).

На практика ситуацията е следната: сред индустриално отглежданите трансгенни растения делът на устойчиви на хербициди растения е 71%, устойчиви на вредители - 22%, както устойчиви на хербициди, така и устойчиви на вредители - 7%, вирусни, бактериални и гъбични устойчиви на болести - по-малко от 19 (фиг. 2).

Фигура: 2. Структурата на индустриално отглежданите трансгенни растения,

различаващи се по устойчивост

Фигурата показва, че сред основните белези, контролирани от прехвърлените гени, на първо място е устойчивостта на хербициди.

Сред гените, които определят резистентността към хербициди, гените за резистентност към хербициди като глифозат (Roundup), фосфинотрицин (Bialaphos), глифозинатамоний (Basta), сулфонилурейни и имидозолинонови лекарства вече са клонирани. Трансгенна соя, царевица, памук и др. Вече са получени с помощта на тези гени. Трансгенни култури, устойчиви на хербициди, също се тестват в Русия. Центърът за биоинженеринг създава сорт картофи, устойчив на Baste, който в момента се подлага на полеви изпитания.

Друга често срещана група са устойчивите на насекоми трансгенни растения. По този начин бактерията Bacillus thuringiensis е известна от сравнително дълго време, произвеждайки делта-ендотоксиновия протеин, който е много токсичен за много видове насекоми и е безопасен за бозайниците. Установено е, че вмъкването на гена на този протеин в растителния геном прави възможно получаването на трансгенни растения, които не са повредени от насекоми.

В резултат на дългосрочна работа специалисти по генно инженерство са избрали необходимите щамове на Bacillus thuringiensis и са създали генно инженерни конструкции за специфични групи насекоми.

По този начин, за да получи трансгенни картофи, устойчиви на колорадския бръмбар, компанията Monsanto отне 16 години експериментална работа и инвестиции от 100 милиона долара.

В момента компаниите "Монсанто", "АгрЕво", "Музоген" са създали други трансгенни форми, които са устойчиви на насекоми, така наречените Bt-растения - соя, памук, царевица.

Експерти и учени смятат, че използването на Bt-растения ще има не само добро търговско бъдеще, но и екологичен ефект. Известно е, че само 5% от приложения инсектицид работи по предназначение, останалите 95% попадат в околната среда, унищожавайки много видове насекоми, включително полезни. Намаляването на употребата на инсектициди ще доведе до възстановяване на популациите на много полезни насекоми, което несъмнено ще има положителен ефект върху много видове флора и фауна.

Третата група по разпространение включва трансгенни растения, които са едновременно устойчиви на хербициди и насекоми.

Обработваемата площ на тези култури се е увеличила от 0,1% през 1997 г. на 1% през 1998 г. Примери за тази група са царевицата и памукът, които са устойчиви на Roundup и са едновременно устойчиви на царевичен молец и памучен червей, съответно.

Групата от трансгенни култури, устойчиви на бактериални, вирусни и гъбични заболявания, все още е по-рядко срещана.

Един от първите постижения в защитата на растенията, използващи методи на генното инженерство, е създаването на трансгенни растения, устойчиви на вируси чрез въвеждане на вирусни обвиващи протеинови гени.

Активният синтез на такъв протеин, който има висок афинитет към РНК на вируса, му пречи да се размножава активно в клетката гостоприемник, което определя устойчивостта на такова трансгенно растение към вируси. През 1986 г. подобна устойчивост беше получена за тютюна.

Въвеждането на гена на обвивката на вируса на тютюневата мозайка направи възможно създаването на трансгенен тютюн, устойчив на него. Създават се и трансгенни форми на краставици, дини, тиквички, устойчиви на различни вируси и в момента преминаващи полеви изпитания. Постиженията на местната наука включват създаването на картофи, устойчиви на вируса Y, което в момента е на етап тестване.

Активно се провеждат изследвания за клониране на гени за тези растения срещу гъбични заболявания. По този начин е създаден трансгенен тютюн, носещ гена на хитиназа на зърната. Такава култура практически не се влияе от гъбични заболявания, дори в почвата, заразена с гъбичния патоген Rhizoctoniasolani. Трансгенните тютюневи растения с ген на грозде стилбел синтаза имат повишена устойчивост към Botgynis cinegea. Получен е и трансгенен картоф, носещ гена на неподвижна синтаза, устойчив на късна болест и фузарий.

Компанията Monsanto разработи метод за получаване на трансгенни растения, които са устойчиви както на бактериални, така и на гъбични инфекции. В картофите се въвежда гъбичен ген, който кодира синтеза на ензим, който окислява глюкозата, образувайки водороден прекис. Получените растения са устойчиви както на меко гниене, причинено от бактерии от рода rwinia, така и на късна болест.

Кратки пептиди, богати на цистеинови остатъци, с антимикробни свойства, са открити сравнително наскоро. Те се наричат дефензини.

В момента се създават трансгенни растения от домати, картофи, рапица, моркови, ябълки и круши с rs гена на репичките дефензини. Подобна работа се прави за създаване на трансгенно зеле и малини.

Изследванията за създаването на трансгенни растения, устойчиви на абиотични фактори, са доста обещаващи. По този начин се разширява работата по получаване на трансгенни култури, устойчиви на студ. Например, когато други гени, които регулират експресията на други гени, са включени в генома на растението и са включени по време на адаптацията на растението към студ, са получени трансгенни растения, които са издържали отрицателни температури в продължение на 2 дни, които са вредни за обикновените растения.

Много внимание се отделя на създаването на трансгенни растения за хранителната и фармацевтичната индустрия. Един от лидерите в тази област е компанията Ca1gene. През 1995 г. тази компания получи разрешение в САЩ за отглеждане и търговска употреба на трансгенни растения от рапица с модифициран състав на мастни киселини.

Също така се провеждат изследвания за създаване на трансгенни растения с даден аминокиселинен състав. Понастоящем са клонирани гени за съхранение на протеини от соя, грах, боб, царевица, картофи.

Обещаваща насока е създаването на трансгенни растения, носещи гени, кодиращи синтеза на ваксини срещу различни заболявания. Така че, когато консумирате сурови плодове и зеленчуци, които носят такива гени, тялото се ваксинира. Това значително разширява областите на приложение на такива трансгенни растения. Например, когато генът за нетоксичната субединица на холерния ентеротоксин е бил въведен в картофените растения и когато суровите грудки са били хранени с експериментални мишки, в телата им са се образували холерни антитела. Ясно е, че такива годни за консумация ваксини могат да бъдат ефективен, прост и евтин начин за защита на хората и осигуряване на безопасността на храните като цяло.

Много интересна посока при използването на трансгенни растения е използването им за фиторемедиация - пречистване на почвата, водата и др. от чужди замърсители на околната среда, по-специално тежки метали и радионуклиди. Модифицирана конструкция на бактериален ген, кодиращ протеин, който пренася и детоксикира живака, е използвана за трансформиране на тютюн, рапица, топола. .