Генетическая инженерия растений

Технология состоит из следующих основных этапов получения трансгенных растений: 1) выбор гена и его клонирование; 2) подбор генотипа растения-реципиента; 3)введение гена и его экспрессия в геноме растения-реципиента; 4) регенерация трансформированных клеток и отбор трансгенных растений.

Выбор гена и его клонирование:определяется необходимостью передачи растению определённого хозяйственно-полезного признака. Для трансформации растений используются в основном гены, определяющие моногенные признаки, такие, как устойчивость к гербицидам и пестицидам, устойчивость к некоторым другим видам стрессов. Большинство генов, определяющих эти признаки, выделены из бактериальных геномов диких видов растений.

Подбор генотипа растения-реципиента: в качестве реципиента подбираются растения того сорта или линии, которые отвечали бы требованиям производства по урожайности, качеству плодов, устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам, но имели бы лишь одно отрицательное свойство, например устойчивость к насекомым.

Введение гена и его экспрессия в геноме растения-реципиента: в последнее время довольно широко, особенно для трансформации клеток однодольных растений, используется метод биобаллистической трансформации. Важно обеспечить экспрессию чужеродного гена в геноме растения-реципиента и стабильное наследование признака в поколении.

Регенерация трансформированных клеток и отбор трансгенных растений:хорошо выражена у клеток двудольных растений, таких как табак, картофель, свекла, соя, рапс, люцерна, томаты, морковь, капуста, некоторые плодовые. У однодольных, особенно злаков, этот признак выражен очень слабо, в связи с чем процесс регенерации клеток в целое растение проходит с большими трудностями.

Одной из основных проблем при получении трансгенных растений был способ введения чужеродных генов в хромосомы растений, т. е. трансформации растительных клеток. Значительный прорыв был сделан при открытии возможности использования природной системы трансформации растений Ti-плазмидами почвенных агробактерий.

Ранее было известно, что некоторые виды почвенных бактерий могут заражать двудольные растения и вызывать при этом образование специфических опухолей – корончатых галлов. Опухоли состоят из дедифференцированных клеток, интенсивно делящихся и растущих в месте заражения. При культивировании in vitro клетки опухоли могут расти в отсутствии гормонов, необходимых для роста нормальных растительных клеток. Если после заражения все агробактерии инактивизировать добавлением антибиотика, то клетки корончатых галлов сохраняют способность к неконтролируемому делению. Итак, присутствие агробактерии необходимо только для индуцирования образования опухоли.

При заражении растения агробактерией происходит перестройка метаболизма трансформированных растительных клеток, и они начинают синтезировать соединения, необходимые только для бактерий.

На примере одного из самых сильных индукторов опухолей – Agrobakterium tumefaciens – было показано, что собственно опухолеродным агентом является специфическая плазмида, названная Ti-плазмидой (от англ. Tumor inducing индуцирующая опухоль), часть которой встраивается в хромосомы клеток растения.

Ti-плазмиды переносится в ядро растительной клетки и может встраиваться в растительный геном . Этот фрагмент Ti-плазмиды был назван Т-ДНК (трансформирующая ДНК).