Трансгенные растения и их экология

ЧТО ТАКОЕ ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ РАСТЕНИЙ?
Генетическая инженерия – это технология получения новых комбинаций генетического материала путем проводимых вне клетки манипуляций с молекулами нуклеиновых кислот и переноса созданных конструкций генов в живой организм, в результате которого достигается их включение и активность в этом организме и у его потомства

Растения в отличие от животных обладают уникальным свойством …
– каллус (масса недифференцированных клеток) табака, полученный из единичных клеток;
– органогенный каллус,полученный из каллуса табака при его перенесении на среду с цитокинином;
– регенерация растений табака из органогенного каллуса
ТОТИПОТЕНТНОСТЬ

Какие задачи необходимо решить для конструирования растений:
выделить и идентифицировать отдельный ген, соответствующий фрагментам ДНК или РНК;
разработать методы, обеспечивающие включение гена в наследственный аппарат растительной клетки;
регенерировать из единичных клеток нормальное растение с измененным генотипом;

Опухолеобразующим агентом является Ti-плазмида, содержащая область Т-ДНК (трансформирующая ДНК), которая интегрируется в растительный геном; vir-область, включающую гены, продукты которых, обеспечивают вырезание и перенос Т-ДНК в растительную клетку; tra-область, где локализованы гены, контролирующие конъюгацию бактерий, и ori-область, содержащую гены, продукты которых обеспечивают репликацию Ti-плазмиды.

Процесс трансформации можно разделить на четыре этапа:
прикрепление бактерии к стенке растительной клетки,
проникновение Т-ДНК внутрь клетки растения,
интеграция Т-ДНК в геном растения
экспрессия Т-ДНК.

Использование Ti-плазмиды в качестве вектора.
Сначала Т-ДНК вырезают из Ti-плазмиды рестриктазами и клонируют в pBR322
E. coli. Затем в клонированную ДНК встраивают чужеродный ген. Полученной гибридной плазмидой заражают агробактерии; Т-ДНК рекомбинирует с Т-ДНК гибридной плазмиды с образованием плазмид, несущих гетерологичный ген. С помощью таких агробактерий получают трансгенные растения

Ген bt (Bacillus thuringiensis) кодирует 1178 аминокислот и локализован в бактерии на плазмиде. Показано получение фрагмента гена bt, достаточного для устойчивости растений к насекомым. Дана схема встраивания этого фрагмента в Т-ДНК вектор между LB(левой) и RB (правой) его границами. В векторе былиспользован также удвоенный промотор CAMV, который увеличивал экспрессию bt-гена в пять раз.Растения хлопка были трансформированы этим вектором через агробактериальную инфекцию. Транс-генные растения оказались устойчивыми к личинкам большого числа видов насекомых

Разноцветные цветки трансгенных растений петунии в сравнении с одноцветным бордовым цветком нетрансформированного растения

Два подхода для создания трансгенного организма
Первый подход заключается в том, что в имеющийся организм вносится дополнительные генетический материал. В традиционной селекции это половая гибридизация, включающая различные типы скрещиваний между представителями одного и того же вида или нескольких родственных видов. Генетическая инженерия позволяет осуществлять перенос генов от весьма отдаленных в эволюционном плане: перенос в растения генов, например, от микроорганизмов или животных (горизонтальный или неполовой перенос генетического материала).
Второй подход – это появление новых признаков без внесения дополнительного генетического материала за счет изменения регуляции работы определенных генов. В традиционной селекции такая регуляция может достигаться индукцией мутаций отдельных генов или хромосомных перестроек.

Источники неблагоприятных последствий для окружающей среды.
Характер действия экологических рисков.
Выделяют следующие экологические риски:
появление новых, более агрессивных сорняков в результате генетической модификации или переноса трансгенов, способствующих повышению агрессивности вида, диким родственным видам;
миграция и последующая интрогрессия трансгена в дикие популяции в результате вертикального или горизонтального переноса генов;
воздействие продукта трансгенов на организмы, не являющиеся мишенью их запланированного действия;
появление живых организмов, резистентных или толерантных к продуктам трансгенов;
выявление трансгенных вирусных ДНК (РНК) на естественную эволюцию вирусов путем транскапсидации, синергизма, рекомбинации;
сокращение биологического (генетического) разнообразия в результате изменения естественных биоценозов, вытеснения местных сортов, преобладания в агропроизводстве монокультуры.

Появление сорняков в результате генетической модификации или переноса трансгенов диким родственным видам.

Появление живых организмов, резистентных или толерантных к продуктам трансгенов.
Первая стратегия – стратегия гена. Нацелена на уничтожение гетерозиготных особей, появившихся в результате скрещивания чувствительных и резистентных особей из популяции вредителя.
Вторая стратегия заключается в периодической или полной замене источника токсичности или комбинировании источников токсичности.
Третья стратегия – поддержание чувствительности популяции к определенному типу токсина.
Четвертая стратегия - прогнозирование появления и мониторинг за развитием резистентности.
Пятая стратегия – неукоснительное выполнение соответствующих условий эксплуатации в каждом конкретном случае использования трансгенных растений.

Основные элементы, которые следует учитывать при оценке вероятности развития резистентности к токсину:
особенности культуры, которые могут оказать влияние на развитие адаптации к токсину у организма-мишени;
особенности биологии вредителя-мишени: количество видов растений-хозяев вредителя, способность вида-вредителя к развитию резистентности к токсину;
возможность и выгодность использования подходящих генно-инженерных технологий в свете полученных данных о характере культуры и ее вредителя.