Генетична інженерія при створенні стійких рослин до гербіцидів
Вступ
Генна інженерія ґрунтується на молекулярній біології <#"justify">Створення гербіцидостійких рослин
У нових, інтенсивних сільськогосподарських технологіях гербіциди застосовуються дуже широко. Це пов'язано з тим, що на зміну колишнім екологічно небезпечним гербіцидам широкого спектру дії, що володіють токсичністю для ссавців і довгостроково зберігаються у зовнішньому середовищі, приходять нові, більш досконалі і безпечні з'єднання. Однак вони володіють недоліком - пригнічують ріст не тільки бур'янів, але й культурних рослин. Такі високоефективні гербіциди, як, гліфосат, атразин інтенсивно вивчаються на предмет виявлення механізму толерантності до них деяких бур'янів. Так, на полях, де широко використовують атразин, досить часто з'являються атразіностійкі біотипи у багатьох видів рослині.
Вивчення механізму стійкості до гербіцидів з метою отримання методами генетичної інженерії культурних рослин, які мають ці ознаки, включає наступні етапи:
виявлення біохімічних мішеней дії гербіцидів у рослинній клітині;
відбір стійких до даного гербіциду організмів в якості джерел генів стійкості;
клонування цих генів;
введення їх в культурні рослини і вивчення їх функціонування.
Існують чотири принципово різноманітних механізми, які можуть забезпечувати стійкість рослин до тих чи інших хімічних сполук, включаючи гербіциди: транспортна, елімінуюча, регуляційна та контактна.
Транспортний механізм стійкості полягає в неможливості проникнення гербіциду в клітину. При дії елімінуючого механізму стійкості речовини, що потрапили всередину клітини, можуть руйнуватися за допомогою індукованих клітинних факторів, найчастіше деградуючих ферментів, а також піддаватися тому чи іншому виду модифікації, утворюючи неактивні нешкідливі для клітини продукти. При регуляційній резистентності білок або фермент клітини, інактивується під дією гербіциду, починає посилено синтезуватися, ліквідуючи таким чином дефіцит потрібного метаболіту в клітині. Контактний механізм стійкості забезпечується зміною структури мішені (білок або фермент), взаємодією з яким пов'язано шкідливу дію гербіциду
Встановлено, що ознака гербіцідостійкості є моногенна, тобто ознака детермінується найчастіше одним-єдиним геном. Це дуже полегшує можливість використання технології рекомбінантної ДНК для передачі цієї ознаки. Гени, що кодують ті або інші ферменти деструкції і модифікації гербіцидів, можуть бути з успіхом використані для створення гербіцідостійких рослин методами генетичної інженерії.
Традиційні методи селекції створення сортів, стійких до гербіцидів, дуже, тривалі й мало результативні. Найбільш широко застосовуваний за кордоном гербіцид гліфосат (комерційна назва Roundup) пригнічує синтез найважливіших ароматичних амінокислот, впливаючи на фермент 5-енолпірувілшікімат-З-фосфатсінтазу (ЕПШФ-синтаза). Відомі випадки стійкості до цього гербіциду пов'язані або з підвищенням рівня синтезу цього ферменту (регуляційної механізм), або з виникненням мутантного ферменту, нечутливого до гліфосфату (контактний механізм). Із стійких до гліфосфату рослин був виділений ген ЕПШФ-синтази і поставлений під промотор вірусу мозаїки цвітної капусти. За допомогою Ti-плазміди ця генетична конструкція була введена в клітини петунії. При наявності однієї копії гена в регенерованих з трансформованих клітин рослинах синтезувалося ферменту в 20 - 40 разів більше, ніж у вихідних рослинах, але стійкість до гліфосфату збільшилася тільки в 10 разів.
До числа найбільш поширених гербіцидів, що використовуються при обробці зернових культур, відноситься атразин. Він пригнічує фотосинтез, зв'язуючись з одним з білків фотосистеми II і припиняючи транспорт електронів. Стійкість до гербіциду виникає в результаті точкових мутацій в цьому пластохінон єднальному білку (заміна серину на гліцин), внаслідок чого він втрачає здатність взаємодіяти з гербіцидом. У ряді випадків вдалося здійснити перенесення гена мутантного білка в чутливі до атразин рослини за допомогою Ti-плазміди. Інтегрований в хромосому рослин ген стійкості був забезпечений сигнальної послідовністю, яка забезпечувала транспорт синтезованого білка в хлоропласти. Химерні рослини виявляли значну стійкість до таких концентрацій атразина, які викликали загибель контрольних рослин з геном білка дикого типу. Деякі рослини здатні інактивувати атразин шляхом відщеплення залишку хлору ферментом глутатіон-S-трансфераза. Цей же фермент інактивує та інші споріднені гербіциди тріазінового ряду (пропазин, симазин та ін.).
Існують рослини, природна стійкість яких до гербіцидів заснована на детоксикації.
Ауткросінг
Ауткросінг - це спонтанна міграція трансгена на інші види, підвиди або сорти. Це може звучати неймовірно, проте відомо, що фрагмент ДНК здатний мігрувати, і такі випадки вже були зареєстровані. Біотехнологічна індустрія запевняє, що ризик ауткроссінга перебільшений. Тим не менш недавнє виявлення трансгена в дикій мексиканської кукурудзі з новою силою сколихнула давні побоювання. Наукове співтовариство стурбоване втратою біологічного різноманіття через вміст одних і тих же трансгенів в геномі всіх споріднених видів рослин. При відсутності генетичної різноманітності сільськогосподарські рослини можуть бути вкрай вразливі як види і понесуть катастрофічні втрати при появі і впливі нового патогена. Супротивники даної технології також відзначають, що ауткроссінг гена стійкості до гербіциду на дикі популяції може призвести до утворення супербур'янів, які буде дуже важко контролювати.
У харчових рослинах виявлення трансгенів у генетично немодифікованих рослинах дійсно засмучує людей, хоча однозначного ризику для здоров'я людини не було виявлено. Товариство підозріло, і люди хочуть знати, що вони їдять. У декількох випадках трансгени були виявлені в рослинах, що продавалися як генетично немодифіковані. Сільськогосподарські компанії, що поширюють ці рослини, зазнали значних збитків. Стурбованість недбалим або підпільним поширенням ГМ-рослин призвела до більш строгому контролю над ГМ продукцією, особливо в Європі. У США, якщо ці рослини були одного разу схвалені, вони більше не є об'єктом додаткового спостереження і вивчення.
Негативні сторони
клонування ген гербіцидостійкий рослина
Даний напрямок генної інженерії таїть ряд екологічних небезпек. Головна з них можливе накопичення гербіцидів (або продуктів їх детоксикації) в с/г продуктах. Якщо для технічних культур це порівняно безпечно, то використовувати в їжу оброблені гербіцидами трансгенні рослини може виявитися небезпечним.
Друга небезпека - це "витік" генів стійкості до гербіцидів з культивованих рослин в близькоспоріднені рослини природних біоценозів. У Європі проблемі "генної безпеки" приділяють велике значення, оскільки на її території росте багато видів, близьких до культурних рослин. Показано, що ознаки стійкості можуть переноситися при близькоспорідненому запиленні. "Витік генів" може призвести до виникнення "супербур'янів", стійких до застосовуваному гербіциду, і технологію доведеться знову міняти.
Третя небезпека - передозування гербіцидами. Гербіцид-стійкість дозволяє вносити надлишок цих агентів на поля без видимої шкоди для них (в традиційній технологи вирощування це неможливо - культурні рослини загинуть разом з бур'янами). Вже сьогодні багато гербіциди визнані небезпечними для риб, молюсків та інших тварин. Стік гербіцидів з полів у водойми із застосуванням нової технології, безсумнівно, посилиться.
Таким чином, використання гербіцид-стійких трансгенних рослин є найбільш небезпечною з розроблюваних технологій.
Використана література
1.<http://herba.msu.ru/russian/departments/physiology/spezkursi/chub/7-6-4.html>.
.<http://www.rusdocs.com/ustojchivost-rastenij-k-gerbicidam>.
.<http://www.biotechnolog.ru/ge/ge12_6.htm><http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%B0_%D1%96%D0%BD%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D1%96%D1%8F>.
.<http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%B0_%D1%96%D0%BD%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D1%96%D1%8F>.