16.16: Трансгенные растения

Технология рекомбинантной ДНК, называемая трансгенезом, часто используется для добавления чужеродного гена или удаления вредного гена из организма. Такие генетически модифицированные организмы называются трансгенными организмами.

Первым в мире трансгенным растением было растение табака, выведенное в 1983 году и продемонстрировавшее устойчивость к вирусу табачной мозаики. С тех пор было разработано и коммерциализировано множество трансгенных растений для повышения сельскохозяйственной, декоративной и садовой ценности сельскохозяйственных культур. Трансгенные растения также могут быть использованы в качестве биореактора для производства экономически важных метаболитов или белков.

Физические методы переноса генов растениям

Многие методы, такие как электропорация и бомбардировка микроснарядами, могут быть использованы для переноса чужеродного гена в растительный протопласт. Во время электропорации устройство подает высоковольтные импульсы на суспензию протопластов. Это увеличивает проницаемость протопласта, позволяя чужеродной ДНК проникать в клетку и интегрироваться в геном растения.

Напротив, при бомбардировке микроснарядами или биолистическим методом сферические частицы из вольфрама или золота (микроснаряды) покрываются интересующим их геном-носителем плазмиды. Затем покрытые частицы ускоряются до 300-600 м/с с помощью прибора, называемого пистолетом для частиц. Прибор использует газообразный гелий под высоким давлением для обеспечения движущей силы, которая помогает частицам, покрытым плазмидами, проникать через клеточную стенку растения. Оказавшись внутри клетки, интересующий ген интегрируется в геном растения. Этот метод может быть использован для введения ДНК в каллусные культуры, меристемные ткани, незрелые эмбрионы, суспензии растительных клеток и т.д.

Применение трансгенных растений

Технология рекомбинантной ДНК широко используется при выведении растений, устойчивых к вредителям и вирусам. Этот метод также полезен для изменения содержания липидов, крахмала и белка в семенах.

Например, золотой рис является генетически модифицированным рисовым растением с повышенной питательной ценностью. Этот трансгенный сорт риса вырабатывает β-каротин – предшественник витамина А, который придает ему золотистый цвет. Он производится путем опосредованной агробактериями трансформации ДНК, при которой рекомбинантная ДНК, несущая три гена, кодирующих ферменты – фитоенсинтазу, фитоендесатуразу и ликопин β-циклазу, встраивается в геном целевых эмбрионов риса. Затем эмбрионы развиваются в растения, которые производят β-каротин. Золотой рис был выведен для борьбы с дефицитом витамина А в развивающихся странах.

Некоторые другие трансгенные растения, такие как Bt-хлопок, были модифицированы путем вставки гена, выделенного из бактерии Bacillus thuringiensis – грамположительной бактерии, обнаруженной в почве. Такие трансгенные растения вырабатывают кристаллический белок или белок «Cry», который убивает вредных насекомых, делая растение устойчивым к насекомым.