Глава 17 генетическая трансформация

В настоящее время в селекции ряда важнейших сельскохозяй­ственных растений разрабатывают программы по переносу генов от различных растений, животных и даже человека в геномы су­ществующих сортов. Это позволит наконец справиться с задача­ми, которые невозможно было решить методами традиционной селекции и экспериментального мутагенеза. Уже получены транс­генные сорта таких важнейших сельскохозяйственных культур, как кукуруза, картофель, соя, виноград и др.

Отличие метода трансформации от традиционных методов се­лекции заключается в том, что в геном сорта-реципи­ента переносят лишь один ген от донора, не изменяя его остальную генетическую структуру (рис. 33, 34).

Генетические трансфор­мации (генетическая инже­нерия) осуществляют в на­стоящее время с помощью природных векторов-агро-бактерий, в частности Agro-bacterium tumefaciens, ис­пользуемых для переноса генов (рис. 35), а также ме­тода микробомбардировки (биолистик) растительных тканей микрочастицами ме-

таллов (золота и вольфрама) с помощью «генной пушки» (рис. 36).

Несмотря на то что пло­довые растения — трудные объекты для генной инже­нерии, к настоящему време­ни в мире уже накоплен опыт по ее использованию для создания доноров от­дельных, важных для селек­ции признаков, переданных от других организмов. Учи­тывая опыт работы по полу­чению трансгенных геноти­пов у других сельскохозяй­ственных растений, следует считать особенно перспек­тивным использование для получения трансгенных ге­нотипов уже выделенных генов, обеспечивающих устойчивость к некоторым грибным, ви­русным и бактериальным заболеваниям, насекомым, а также к гербицидам. Решение этих селекционных задач традиционными методами в большинстве случаев невозможно из-за отсутствия до­норов, обладающих генами, детерминирующими эти признаки. Из полученных в разных странах трансгенных растений у пло-

Рис. 35. Схема получения трансгенных растений с помощью Agrobacterium

Tumefaciens

довых культур особый интерес представляют генотипы, в гене­тические системы которых включены гены устойчивости к наиболее вредоносным патоге­нам.

Большинство известных у плодовых растений трансгенов получено с использованием про­межуточной трансформации Agrobacterium. Это позволяет обес­печивать устойчивость к листо-грызущим насекомым без вовле­чения всего растения в процесс образования инородного проте­ина. Также может быть изменена окраска кожицы плода, связан­ная с контролем этого признака слоем Л-1 без оказания влияния на окраску мякоти плода, в част­ности у персика. Трансформа­ция меристем с успехом используется для ряда плодовых расте­ний.

Я б л о н я. К наиболее важным факторам, влияющим на транс­формацию, относятся следующие: предварительные условия под­готовки растений, деформация используемой бактерии, условия совместного развития, эксплант, система регенерации и условия, в которых происходит отбор трансгенов. Трансгены, введенные в яблоню посредством промежуточной трансформации Agro-bacterium, прочно адаптировались и передаются по наследству в соответствии с законами Менделя.

У яблони при трансформации с помощью промежуточной трансформации Agrobacterium переданы следующие гены: конт­ролирующие образование кристаллических протеинов (УСР) из Bacillus thuringiensis, обладающих инсектицидными свойствами, и кау-трипсина — вещества, тормозящего накопление белков (ср 77); контролирующие образование литических пептидов, необхо­димых для формирования устойчивости к бактериальным забо­леваниям; античувствительные гены, ингибирующие размягче­ние мякоти плодов; контролирующие устойчивость к вирусам и плесени.

В яблоне имеются блоки генов, придающие устойчивость к ос­новным вредителям и болезням. Это предмет будущих исследова­ний. Эти гены включают несколько доминантных генов устойчи­вости к парше, ложной мучнистой росе, яблоневой тле. Желатель­но также присутствие гена Со, который определяет компактный габитус дерева. Разработаны способы идентификации и внедрения

генов устойчивости к заболеваниям в генотипы сортов яблони. Трансформированные растения получены у сортов Гринсливз, Де-лишес, Мекинтош, Роял Гала, подвои М 26 и М 7.

Очень эффективно включение в исследования по трансформа­ции у яблони генов, обусловливающих инсектицидную актив­ность протеинов, переданных от Bacillus thuringiensis, что особенно важно при получении трансгенных растений, устойчивых к ябло­невой моли. Выделено свыше 40 генов, закодированных УСР, эф­фективных против ряда насекомых. Очищенные препараты УСР, несущие гены cry J A (b) и cry J А (с), обладают высокой токсичнос­тью по отношению к моли.

Трансгенный подвой яблони М 7 несет ген, контролирующий образование аттацина Е, полученный от гигантского шелкопряда Hyalaphoras cecropia. При этом одна из трансгенных линий облада­ла повышенной устойчивостью к бактериальному ожогу, вызывае­мому бактерией Erwinia amylovora. Аттацин Е — один из предста­вителей класса протеинов, называемых литическими пептидами, эффективных против заражения бактериями. Проводятся полевые испытания подвоя М 9 и сорта Роял Гала, несущих трансгенный аттацин Е и другие литические протеины. Кроме того, у яблони получены трансгенные растения, несущие ценные гены:

трансген A.Z.S., обеспечивающий устойчивость к гербициду глину;

трансген хитиказы, контролирующий устойчивость к парше;

трансген (у сорта Пинова) лизоцима (клонированный из бакте риофага Т 4), контролирующий устойчивость к бактериальном ожогу, вызываемому Erwinia amylovora.

Груша. У этой культуры получены растения, несущие транс ген аттацина насекомого сатурнии, контролирующий устойчи вость к бактериальному ожогу.

Абрикос и слива. Получены растения этих культур, со держащие в геноме трансген белка оболочки вируса скрытой мо заики, контролирующей устойчивость к вирусу оспы сливы (шар ки).

Персик. Работа по трансформации этой культуры показала что ткани различных частей растения персика чувствительны i инфекции A. tumefaciens. Трансгенный каллюс можно получить из листьев персика, ветвей, половых эмбрионов и соматических ме­ристем, используя Agrobacterium-вектор. Посредством A. tume­faciens были получены трансгенные растения персика, несущие ген ipt из зародышей семени, которые синтезировали больше ци-токининов и по сравнению с контрольными образцами имели из­мененный характер роста.

Генетическая трансформация плодовых растений сильно за­труднена из-за отсутствия механизма эффективного переноса ге­нов, трудностей регенерации растений in vitro, а также длительно­сти ювенильного периода, задерживающего фенотипическую

оценку трансформата на много лет. Кроме того, у плодовых расте­ний при переносе генов наблюдается появление различных неже­лательных аномалий, что не позволяет пока использовать полу­ченные трансгенные растения для практических целей.

Плодовые культуры долгое время не входили в список видов растений, для которых были разработаны методы генетической трансформации. Однако в настоящее время ситуация меняется в пользу плодовых растений, поскольку исследования по их генной трансформации ведутся во многих биотехнологических лаборато­риях различных стран, включая и Россию.

Контрольные вопросы.1. Какие методы используют для переноса генов из од­ного генотипа в другой? 2. В чем отличие методов генетической инженерии от методов традиционной селекции? 3. Какие примеры получения трансгенных рас­тений у плодовых культур вы знаете?

Часть III