Створення нових рослин. Зміна старих сортів рослин за допомогою нових методів

Ви перебуваєте: Створення нових рослин

Схрещування між існуючими рослинами, звичайно, не вичерпують усіх потенційних можливостей одержання нових комбінацій геномів. Звичайні схрещування слід продовжувати не тільки для підвищення врожайності сільськогосподарських рослин і їх якості, але також для їхнього захисту від нових рас мікроорганізмів і комах-шкідників. Крім того, необхідно розбудовувати далі нові методи, в основі яких лежать використання тканевых і клітинних культур і соматична гібридизація шляхом злиття протопластів, хоча все це залишається поки ще лише на рівні цікавих лабораторних експериментів. Недавно в результаті злиття протопластів був отриманий справжній соматичний гібрид між картоплею й томатом. При вирощуванні в культурі таких гібридних кліток спочатку утворювалася маса недиференційованої тканини (каллус), а потім і цілі рослини з деякими ознаками обох батьків. Щоб довести гібридну природу цих рослин, з них виділяли й аналізували рзбулозобисфосфатзкарбоксилазу - фермент циклу Кальвіна, що полягає з більших субъединиц білка, обумовлених генами, що втримуються в хлоропластах, і малих субъединиц, обумовлених ядерними генами. Було показано, що в гібрида більші й малі білкові субъединицы походять від різних батьківських особин. Це перший випадок, коли шляхом соматичної гібридизації була створена рослина, яку не можна (або у всякому разі не вдалося дотепер) одержати за допомогою звичайних методів полового схрещування. Метод соматичної гібридизації в найближчім майбутньому піднесе нам, безсумнівно, чимало інших несподіванок

Для експериментів по трансформації рослинної клітки найбільш підходящим об'єктом, майже напевно, виявляться протопласти. Ми вже розташовуємо поруч факторів, здатних переносити гени з однієї клітки в іншу; самим багатообіцяючим, з таких переносників служить Ti- (tumor inducing) плазмида Agrobacterium tumefaciens (збудника раку кореневої шийки). Цю невелику кільцеву молекулу ДНК, що обумовлює перетворення нормальних кліток у клітки ракової пухлини, можна 'надрізати' і розімкнути, використовуючи рестрикционные эндонуклеазы, виділювані з різних мікроорганізмів. До розімкнутого в такий спосіб кільця плазмидной ДНК можна додати інші фрагменти ДНК, отримані аналогічним образом із кліток, гени яких підлягають переносу. У присутності відповідних джерел енергії й ферментів, називаних лигазами, можна викликати з'єднання розімкнутих кінців молекул ДНК. У деяких випадках при цьому виходять гібридні плазмиды, у кільце, що замкнуло, яких включаються бажані гени эукариотических кліток. Такі плазмиды можна потім використовувати для зараження протопластів рослинияхазяїна, у яке передбачається перенести ці гени.

У випадку удачі експерименту плазмида проникає в клітку й реплицируется разом із хромосомної ДНК. Частини плазмидной ДНК можуть потім вивільнитися з кільцеподібної молекули й увімкнутися в геномцрецептор, перетворившись у постійну частину генетичного апарата тепер уже зміненого рослину-хазяїна.

Пропонувалося багато планів для проведення експериментів по переносу генів, що визначають фіксацію азоту, стійкість до збудників хвороб, більш високу амінокислотну продуктивність і могутніший габітус. Хоча в цей час ці плани видадуться трохи фантастичними, їх слід мати у виді на майбутнє. Генна інженерія майже безсумнівно буде відігравати більшу роль у сільськім господарстві XXI в.

Протопласти, отримані з листів картоплі, уже використовуються для відбору варіантів, найбільш стійких до несприятливих впливів, і до хвороб (мал. 16.3). Створюється враження, що кожний аркуш являє собою мозаїку із кліток, що різняться по своєму генетичному складу ці відмінності можуть бути обумовлені генними мутаціями, такими хромосомними змінами, як делеции, або нерівно мірним розподілом плазмид при клітинному розподілі. У чому б не полягала причина генетичної зміни, ці клітки можна виділяти у вигляді протопластів, з яких у результаті регенерації спочатку знову утворюються клітки, а потім каллусы й цілі рослини; отримані в такий спосіб екземпляри можна досліджувати, для того щоб виявити наявні між ними відмінності. Цей потужний метод, мабуть, знайде широке застосування вбудущем.

Близький метод - культура кліток у присутності антиметаболітів (мал. 16.4). Слід очікувати, що будь-яка клітка, вирощувана в присутності антиметаболіту, буде робити надлишкову кількість нормального метаболіту. Якщо таку клітку вирощувати в культурі, то вона, можливо, дасть початок рослині, продуцирующему бажаний метаболіт у більших кількостях. Такий експеримент був успішно проведений із клітками моркви. При введенні в середовище 5нметилтриптофана ( 5ММТ) більшість кліток гине, оскільки 5ММТ - ефективний антагоніст триптофану. Але деякі клітки при цьому не гинуть; вони, як виявилося, містять більші кількості ендогенного триптофану, тому що наявний у них фермент - антранилатсинтетаза, що участвующая в утворі индольного кільця триптофану, - не пригнічується, як це звичайно буває, кінцевим продуктом реакції. У результаті цей фермент обумовлює 'надлишкову продукцію' триптофану, а рослини, регенеровані з таких відібраних кліток, багатше триптофаном, чому ті лінії, з яких вони відбуваються. Цей метод, безсумнівно, буде використовуватися в майбутньому для створення ліній важливих сільськогосподарських рослин з підвищеним вмістом вітамінів, амінокислот, стероїдів і інших бажаних продуктів, вироблюваних рослинами