4. Направления в получении трансгенных растений.

4.1 Усвоение азота.

Усвоение атмосферного азота – это свойство характерно для азотофиксирующих бактерий. Они могут вступать в симбиоз с бобовыми, рисом, некоторыми деревьями и травами. Азот фиксируется благодаря уникальному ферменту – нитрогеназе. Гены, ответственные за фиксацию азота называют nif-гены.

Конструирование плазмид, несущих nif-гены, позволяет передавать способность к фиксации азота организмам, не обладающим этим свойством, например злаковым растениям. Тогда таким генно-модифицированным растениям не нужны будут азотные удобрения, что позволит съэкономить ресурсы и время. Кроме этого, предполагается создание новых азотофиксирующих систем путем введения азотофиксирующих микроорганизмов в каллусные ткани растений с целью получения растений – регенерантов, способных усваивать азот.

Но введение nif-генов в растительную клетку не решает проблемы. Клетка может быть не приспособлена к синтезу и расходу большого количества энергии, требуемой для фиксации азота. Другой аспект: фермент нитрогеназа очень чувствителен к кислороду, последний ингибирует действие фермента. В самих азотофиксирующих бактериях есть ряд приспособлений, защищающих фермент, а в растительной клетке таких механизмов нет.

4.2 Устойчивость растений к фитопатогенам.

Наибольший урон растениям наносят грибковые, бактериальные и вирусные патогены. В самом растении есть защитные механизмы, которые в большей или в меньшей степени противодействуют фитопатогенам – выделение ферментов хитиназы и глюконазы, которые угнетают рост грибов и бактерий. Кроме того, в клетках создаются мембранные структурные барьеры, препятствующие попаданию внутрь клетки инфекций.

Генная инженерия использует эти свойства растений. Гены хитиназы и глюконазы кодируются одиночными генами. Были получены трансгенные растения табака и турнепса, в состав генома которых ввели ген хитиназы. Испытания показали устойчивость этих растений к заболеваниям.

Другой подход – это введение в геном растения оболочки вируса, что приводит к подавлению вирусных инфекций (трансгенный табак).

4.3 Устойчивость растений к гербицидам.

Гербициды - это химические соединения, которые применяют для уничтожения сорной растительности. Но они также угнетают рост культурных растений. Поэтому одно из направлений генной инженерии растений – это введение в растительную клетку генов гербицид-резистентности (устойчивости). Такие растения были получены, но в них наблюдается накопление гербицидов, поэтому их пока используют в технических целях.

4.4 Устойчивость растений к насекомым.

Инсектициды – это химические вещества, которые применяют для уничтожения насекомых-вредителей. Но инсектициды токсичны, к тому же, смываются водой. Поэтому ведутся работы по внедрению в растительную клетку генов, отвечающих за синтез инсектицидов бактериального происхождения (протоксинов). Такие гены вводят в клетки картофеля, томата (устойчивость к колорадскому жуку), хлопчатника, табака и др.

4.5 Устойчивость растений к абиотическим стрессам.

Адаптация растений к неблагоприятным факторам в природе осуществляется тремя способами:

• Физиологические механизмы (период покоя).

• Морфологические особенности (слой кутикулы, опушение, уменьшение листовой поверхности).

• Изменение метаболизма (при недостатке влаги накапливаются определенные вещества).

Именно последний способ наиболее доступен для генно-инженерных исследований. Уже сейчас получены растения, которые могут укореняться, и расти в соленой воде, расти при отрицательных температурах.

Получение трансгенных растений имеет большие перспективы. Ведутся работы по получению масличных культур с повышенным содержанием масла; овощей и фруктов, содержащих больше витаминов. Недавнее достижение – «золотой рис»: ученым удалось ввести в геном риса гены, ответственные за синтез провитамина А и гены, способствующие увеличению содержание железа в зернах. Это особенно важно для обитателей азиатских стран, где рис – основная пища. Исследования также ведутся по следующим направлениям – получение растений-вакцин, растений-фабрик лекарств, растений-биореакторов для производства промышленных продуктов (пластика, красителей, масел и пр.) Результаты показывают, что их экономический эффект от их внедрения будет значительным.