Улучшение пищевой и промышленной ценности растений.

Основным питательным веществом для потребителя являются углеводы, которые почти у всех растений одинаковы и присутствуют в значительном количестве. А вот белки не соответствуют запросам животноводства и пиищевой промышленности. Изучение аминокислотного состава запасных белков семян, показало, что количество тех или иных аминокислот признак видовой, решили объединить в определенных сортах гены запасных белков из разных растений. Второй подход, который используется в этом направлении - направленное изменениие аминокислотного состава обычных запасных белков того или иного растения. Выбирали гены тех белков, которые накапливаются в наибольшем количественном отношении. Для реализации второго подхода - 2 пути:

• Либо ставить такие гены под более сильные промоторы, чем исходный

• Вводить в первичную структуру таких белков кодоны незаменимых аминокислот.

 

Эти пути в какой то степени реализовали на модельных объектах, но сверхэкспрессия не дает нужного эффекта. На самом деле в растени каждый вид белков синтезируется в определенное время, чтобы не нарушить процесс их откладывания в протеинопластах. И когда эти гены экспрессируются с конститутивных промоторов, то семена плохо развиты и процесс отложения запасных веществ нарушался. Кроме того, аминокислотные замены влияют на конформацию белков, что сказывается на укладке и накоплению в протеинопластах. Работы в этом направлении проводятся на генах бобовых и их запасные белки - фазеолины и вицелины - (гены) клонированы. Работают на гелиантинах - запасные белки подсолнечника. Но в основном сейчас интерес сдвинулся в сторону злаковых. Гордеины - белки ячменя, глиодинов, проаминов - белки пшеницы. Больше всего сделали на кукурузе - зеины. Обнаружили, что вставки надо делать в С-конец, поскольку N концы очень похожи и нужны для упаковки и сохранения белков.

 

Лекция 13

Гипервариабельная область - С конец. В табак вводили разные гены из злаковых, подсолнечника, не достигался желаемый результат, если изменялся запасной белок, но его было не много.

 

Еще один подход в улучшение аминокислотного состава - изменение количества синтезируемых аминокислот. При этом если будет избыток, то клетка перестроится и будет встраивать их в запасной белок. Для лизина - синтаза пиколиновой кислоты. Активность аспартат-киназы и синтазы дигидропиколиновой кислоты регулируется лизином по принципу обратной связи. У бактерий известны мутанты, нечувствительные к ретроингибированию лизина. Из коринебактериум был взят ген синтазы дигидропиколиновой кислоты, из коли - lys CM4. гены объединяли с лидерной полседовательностью гена малой субъединицы рубиско гороха. И затем к таким последовательностям слева присоединили область из гена бета-фазеалина бобов и справа - терминаторы транскрипции из этого же гена. Далее все это путем обычной агробактериальной трансформации ввели в клетки сои и рапса у трансгенных растений количество лизина - в 100 раз больше чем у обычных и в запасных белках сои лизина в 5 раз больше в семенах рапса - в 2 раза. Такой подход себя оправдал, такая соя есть и мука из нее используется как пищевая добавка в корм животным (дробленая кукуруза + соевая мука). Работу продолжили на одной кукурузе, чтобы не добавлять соевую муку.

 

Интерес представляют и жиры. В 1995 растительных масел на 45 млрд$ а к 2010 должно вырасти в 2 раза - 70$ млрд. Главные масличные культуры - соя и пальмы (кокосовые - обыкновенный кокос и 2 вида масличных). Больше всего масличных пальм выращивает бразилия. Масличная пальма - леис гвинейский. Растет в экваториальной африки и америки. Масло 2 сортов - из мякоти непищевое (для получения каротиноидов и для производства свечей) из семян - пищевое, для производства маргарина. В Африке много производят пальмого масла - Пальма Арбиния. Работают плантации из Бразильских видов. Африканское масло использует как в пищевой так и в косметической - мыло, лосьоны и т.д. Из неэкзотических - рапс и подсолнечник. Со всеми ведется генноинженерная работа, масло разных растений отличается по составу жирных кислот и больше всего в разных сочетаниях в растительном масле пальмитиновой, стеариновой, олеиновой, ленолевой и линоленовой. Все различаются наличием и местом двойных связей. От этого зависят свойства масла и возможности его применения. В различных производствах есть потребность в маслах, где другие жирные кислоты, которых в традиционных культурах мало - каприновая, лауриновая, меристиновая, петрозилиновая, рицинолиновая и руковая. В силу этого приходится выращивать растения для конкретных отраслей, чего хотят избежать. Растения, дающие нужное масло - трудно культивировать и растут в определенных климатических зонах. В начале 90 годов несколько крупных фирм поставили задачу получить растения с измененным составом жирных кислот. Col Gene создала oil department в 95 году там работало более 300 человек. Создали измененный рапс, который был готов к концу 90 для пром выращивания. Получали сорта :

• 90% стеариновой кислоты - для производства маргарина и шоколадного масла

• 40% (60%) лауриновой кислоты - для производства детергентов косметики и технического применения

• 80% олеиновой кислоты - пищевое масло, незаменимо в производство чернил для гелевых авторучек

• 40% меристиновой кислоты - для косметической промышленности, средства для ухода за кожей.

• 90% руковой кислоты - косметика, чернила, и некоторые фарм-препараты

• Повышенное содержание петрозилиновой кислоты - разрыхлители теста.

 

Есть сорта для технических целей:

• Рицинолиновая кислота - смазочные материалы и пластификаторы

• Рапс, дающий воск симмонтсии китайской. Растение - кустарник, растущий в мексиканской пустыне. В семенах - воскообразная жидкость - смесь эфиром жирных кислот и спиртов. Это основное питательное вещество этого растения. По составу эта жидкость, похожая на воск, близка к воску кашалотов. Когда запретили бой китов, начали закладывать плантации этого растения. Его можно использовать как медицинский препарат - восстановление волос. Можно делать особые авиационные смазочные масла. Кроме того, трансформаторное масло и пластмассы. Сколько и каких генов передали в рапс - не сообщается. Один из вариантов - для производства нейлона 13-13, там один ген из симмонтсии и мыльнянки луговой.

 

Иногда надо передавать несколько генов, чтобы была нормальная экспрессия, но иногда достаточно одного гена. Рапс, дающий лавровое масло. Введение одного гена калифорнийского лавра в рапс - дает повышенное содержание лауриновой кислоты - идет прерывание синтеза на стадии 12 атомов углерода.