Полная версия

Главная arrow Медицина arrow Век генетики и век биотехнологии на пути к редактированию генома человека

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ГМО — гербицид-устойчивые растения

Современное сельскохозяйственное производство невозможно без применения гербицидов [Glazko, Glazko, 2015; Ivanitskaya et al., 2015]. Применявшиеся ранее гербициды, как селективные, так и тотального действия, считались сравнительно дорогими и оказывали отрицательное воздействие на окружающую среду, накапливаясь в почве, почвенных водах и произрастающих растениях. Синтезированы гербициды нового поколения, которые значительно более эффективны и поэтому применяются в очень низких концентрациях и быстро разрушаются почвенными микроорганизмами. Однако они являются неселективными и ингибируют рост как сорняков, так и всех культурных растений.

Устойчивость растений к гербицидам может возникать различными путями. Она может быть результатом точечных мутаций генов, кодирующих белок-мишень для данного гербицида. Такие мутации описаны по устойчивости к гербицидам, которые действуют на фотосинтез растений и синтез аминокислот. Эти мутации и являются причиной появления на полях устойчивых сорняков, что приводит к необходимости ротации гербицидов через определенное количество лет, когда устойчивые сорняки накапливаются в количествах, могущих снизить эффективность применения данного гербицида.

Устойчивость к гербицидам может быть связана также с амплификацией генов устойчивости. Отселектирована клеточная линия табака, устойчивая к сульфанилмочевинным и имидазолиноновым гербицидам. Фермент-мишень ацетогидоксикислая синтаза этой линии была в 50- 780 раз менее чувствительна к гербицидам, чем фермент дикого типа. С помощью гибридизации по Саузерну установлено, что амплификация одного из генов, кодирующих мутантный фермент, достигала примерно 20 копий. Определена природа устойчивости мутантного фермента, связанная с заменой пролина в 196-м положении серином.

Фермент ацетолактатсинтаза (ALS) является мишенью для ряда гербицидов: сульфанилмочевин, имидазолинонов и триазолпиримидинов. Проведено клонирование гена ALS, его мутагенез in vivo и in vitro и трансформация гербицид-устойчивого гена в растения рапса с помощью агробактерий. Отбор по устойчивости к канамицину и непосредственно к хлорсульфурону привел к появлению гербицидоустойчивых растений.

Проведены полевые испытания трансгенных линий табака по чувствительности к сульфанилмочевинным гербицидам. В отсутствие обработки гербицидами обе трансгенные линии уступали контролю по урожаю.

При трансфекции протопластов табака геномной ДНК мутанта араби- допсиса, устойчивого к хлорсульфурону, толерантные каллусные линии получены с частотой 4,7 • 1(Г6.

Глифосат является активным ингредиентом неселективного гербицида раундапа. Он ингибирует синтез ароматических аминокислот (фенилаланин, тирозин, триптофан) у бактерий и растений, а агоА-ген кодирует фермент-мишень EPSP синтазу (3-енолпируват шикимат-5-фосфат синтазу), на которую действует глифосат.

Доказательством подобной функции было клонирование агоА-гена Eshirichia coli: при его введении в мультикопийные плазмиды наблюдалась 5-17-кратная суперпродукция EPSP синтазы и, как следствие, 8-кратное повышение устойчивости к глифосату.

Из кишечной палочки клонирован ген, введение которого в табак привело к получению устойчивых к глифосату растений.

При получении трансгенных растений петунии (Petunia hybrida) с высоким уровнем экспрессии агоА-тепл они были устойчивыми к глифосату. Линия сои с агробактериальным геном, слабо чувствительным к глифосату, была очень устойчива к гербициду в полевых условиях, перенося обработку до 1,68 кг/га глифосата без видимых повреждений.

Клонирован также ген фермента глифосатоксидоредуктазы, превращающий глифосат в нетоксичное соединение — аминометилфосфоновую кислоту.

Комбинация двух генов СР4 и GOX использовалась фирмой «Монсанто» в качестве селектируемых генов при трансформации кукурузы и некоторых двудольных. При микро бомбардировке незрелых зародышей микрочастичками вольфрама, покрытыми ДНК плазмиды, несущей СР4- и GOX-гены, получены трансгенные растения пшеницы, устойчивые к коммерческим концентрациям глифосата.

В настоящее время изучен ряд штаммов стрептомицетов, которые в качестве вторичного метаболита продуцируют антибиотик биалафос (фосфинотрицин), который был впервые выделен в культуре бактерий Streptomyces viridochromogenes в 1972 г. Он представляет собой трипептид и состоит из фосфинотрицина и двух остатков аланина. Биалафос был выделен также из одного штамма Streptomyces hygroscopicus.

Гербицид биалафос (фосфинотрицин) ингибирует глютаминсинте- тазу, bar-тен кодирует фермент, который ацетилирует гербицид, превращая его в нетоксичное соединение. Трансгенные растений с Ьаг-теноьл приобретают устойчивость к данному гербициду.

В создании растений, устойчивых к гербицидам, сейчас используют [http://www.biotechnolog.ru/ge/gel2_6.htm] два основные принципа, обеспечивающих реализацию задачи. Гиперэкспрессия — значительное повышение синтеза продукта, против которого направлено действие гербицида. В этом случае при использовании гербицида в дозах, летальных для других растений, в ГМ-растениях будет ингибирована только часть данного продукта. Оставшегося количества будет достаточно для поддержки функций организма. Поэтому гербицид не окажет на растение летального действия. Примером реализации такого подхода явилась работа [Lermontova, Grimm, 2000] по созданию растений табака, устойчивых к ацифлуорифену. Данный гербицид ингибирует фермент протопрофириноген IX оксидазу (РРОХ), участвующий в синтезе хлорофилла. Авторами было идентифицировано у табака два гена: РРОХ-1, кодирующий хлоропластный фермент, и РРОХ2, кодирующий митохондриальный фермент. После этого растения табака были модифицированы генно-инженерной конструкцией, содержащей ген РРОХ-1, что обеспечивало высокий уровень его синтеза в молодых листьях. В результате трансгенные растения имели повышенный уровень содержания данного фермента, который коррелировал с их повышенной устойчивостью к ацифлуорифену.

Другим путем создания устойчивых к гербициду растений является поиск генов, которые не ингибируются данным гербицидом, и последующее внедрение их в геном культурных растений. В этом случае культура не будет реагировать на использование гербицида вообще, в то время как сорняки будут погибать. Примером данного подхода может служить внедрение в геном пластидов табака гена петунии, обеспечивающего устойчивость к гербициду глифосату [Daniell et al., 1998].

Специфической проблемой создания и использования генетически модифицированных культур, устойчивых к гербицидам, является предотвращение возможности переноса генов устойчивости к сорным растениям путем переопыления с дикими родственниками. Интересный подход в решении этой проблемы — использование технологий, позволяющих целенаправленно встраивать генно-инженерные конструкции в ДНК цитоплазматических органелл (митохондрий и пластидов). Гены цитоплазматических органелл наследуются нехромосомно по материнской линии. Поэтому они не могут быть переданы с пыльцой диким родственникам, с которыми способна скрещиваться данная культура. Об успешном эксперименте в этом направлении сообщено Daniell et al. (1998). Здесь была успешно проведена встройка путем гомологичной рекомбинации гена EPSPS петунии, который обеспечивает устойчивость к глифосату, в пластиды табака. ГМ-растения оказались устойчивыми к гербициду, в то время как контрольные погибли в течение двух недель после обработки.

Площади возделывания ГМ-растений, одновременно устойчивых к гербицидам и насекомым, последовательно ежегодно увеличиваются. Примерами этой группы могут быть кукуруза и хлопчатник, устойчивые к раундапу и одновременно устойчивые к кукурузному мотыльку и хлопковой совке соответственно [Глазко, Четко, 2007].

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>