ФИТОПАТОГЕНДЕРГЕ ТӨЗІМДІ ТРАНСГЕНДІ ӨСІМДІКТЕР АЛУ

Презентация қосу

ФИТОПАТОГЕНДЕРГЕ ТӨЗІМДІ
ТРАНСГЕНДІ ӨСІМДІКТЕР АЛУ.
СТРЕСТІК ФАКТОРЛАРҒА ТӨЗІМДІ
ТРАНСГЕНДІ ӨСІМДІКТЕР АЛУ

ОРЫНДАҒАН: ХХХХХХХХ
Фитопатогендер
Өсімдіктер ауруы-бұл фитопатогеннің немесе ортаның
қолайсыз жағдайларының әсерінен ағзалар мен тұтас өсімдіктер
жасушалары зат алмасуының қалыпты бұзылуы, ол өсімдіктердің
өнімділігінің төмендеуіне немесе олардың толық жойылуына әкеп
соғады. Патологиялық процесс жасушалардың некроз - өлуі және
тіннің бөліктерін өшіру түрінде көрінуі мүмкін. Некроздар дақтар,
тамырлардың бұзылуы түрінде байқалады, жиі белгілі бір формада -
сақиналар, доға және т. б. бар. Фитопатоген-өсімдік ауруларын
қоздырғыш, биологиялық белсенді заттарды бөледі, зат алмасуға
зақым келтіреді, тамыр жүйесін зақымдайды, хлоропласттардың
қызметін, өсу процестерін, қоректік заттардың түсуін бұзады. Ауыл
шаруашылығы дақылдарының көптеген сорттары орташа
өнімділіктің генетикалық әлеуетінің 20-25% - ын ғана іске асырады.
Ауру қоздырғыштарынан, зиянкестерден және арамшөптерден
қорғауды қамтамасыз ету кезінде олар едәуір көп өнім
қалыптастыруға қабілетті. Ауыл шаруашылығы өсімдіктерінің
фитопатогенді микроорганизмдермен зақымдануы салдарынан
жоғалтудың орташа әлемдік деңгейі 12% - ға бағаланады. Бұл
өсімдік қорғаудың маңызды факторларының бірі ретінде өсімдік
қорғау болып табылады. Қазіргі таңда белгілі өсімдіктердің барлық
жұқпалы ауруларының 83% – ы саңырауқұлақтар, 9% – вирустар
және 7%-бактериялар.
Жұқпалы аурулардың жалпы белгісі - олардың бір өсімдіктен
екіншісіне берілу қабілеті. Жұқпалы аурулар келесі топтарға
бөлінеді:
Микоздар-саңырауқұлақтар тудыратын аурулар.
Әртүрлі симптоматикасы және даму динамикасы бар
көптеген аурулар тобы, өсімдікті тамыр жүйесі
арқылы жұқтырады. Көптеген саңырауқұлақ
аурулары өскін мен сабақтарының ұзындығын,
тұқымдардың және басқа да репродуктивті
органдардың санын азайтады. Өсудің бұзылуы бүкіл
өсімдіктің немесе оның мүшелерінің
деформациясында көрінуі мүмкін. Ауыл
шаруашылығы өсімдіктерінің осы
саңырауқұлақтармен зақымдануы егіннің
төмендеуіне және негізгі азық-түлік дақылдарының
құнарлы құндылығына әкеледі. Сонымен қатар, адам
денсаулығына елеулі генетикалық қауіп төндіреді:
мысалы, фитопатогендермен өндірілетін кең
таралған афлатоксин в-канцерогендер тобына
жатады.
Бактериоздар-бактериялар тудыратын аурулар.
Бактериоздар, әдетте, тамыр жүйесінің
зақымдануымен байланысты, жиі тұтану, шірік түрі
бойынша дамиды. Бактериялардың арасында
agrobacterium tumefaciens сияқты фитопатогенді
түрлер бар, олар "тәж тәрізді галлдар" және
қосжарнақты өсімдіктерде бактериялық обырдың
пайда болуын туындатады, Pseudomonas syringae
қоңыр шырышты, үсік, жеміс-жидектердің зақымдануы
және өсімдіктер жапырақтарының дақтылығын
тудырады, Erwinia тектес бактериялар картоп және
басқа да өсімдіктердің қара аяғы деп аталатын
ауруларын тудырады (e.carotovora subsp. carotovora)
және жұмсақ шірік(e. carotovora subsp. (atroseptica).
Актиномикоздар - өсімдіктердің
актиномицеталармен-микроорганизмдермен, ұқсас
бактериялармен зақымдануымен байланысты
аурулар. Мысал-картоптың кәдімгі буы. Микоздар
мен бактериоздарға қарағанда сирек таралған;
Вироздар-вирустардан туындайтын көптеген
аурулар тобы. Вирусты аурулардың белгілері
әртүрлі, жиі кездеседі: бояудың өзгеруі
(жапырақтардың мозайкалық түсі), ағзалардың
деформациясы (жүйкелік, бұралу), өсудің тежелуі
(карликовость), некроздар (жолақтық дақтар,
стрик), репродуктивті ағзалардың бұзылуы
(стерильдік, семіздік, гүлдердің түсуі және
байлаулар). Вирусты аурулар өсімдіктердің
жойылуын туғызбайды,бірақ ауру өсімдікті
тұншықтыра отырып, олар оның өнімділігінің
төмендеуін тудырады. Зиян өнімнің төмендеуінен
және өнім сапасының нашарлауынан көрінеді: қант
қызылшасының тамыржемістілерінің қанттығы
төмендейді, картоп түйнектеріндегі крахмалдың
мөлшері төмендейді және т.б. көпжылдық
Вироидоздар-вироидтар тудыратын аурулар.
Жақында табылған қоздырғыштардың бұл тобы
вирустардан ақуыз компонентінің жоқтығымен,
жоғары агрессивтілігімен және
вируленттілігімен ерекшеленеді. Вирозға жақын
симптоматиканы береді. Мысал вироидоз-
картоптың готикасы.
Микоплазмоздар-аурудың осы тобының
қоздырғыштары микоплазма - прокариоттар
болып табылады, бактерияларға, жасушалық
қабырғаға қарағанда өте жұқа жіптерге созыла
отырып, пішіні мен қалыңдығын ерікті түрде
өзгертуге қабілетті микоплазма-прокариоттар.
Микоплазманың осындай қабілетінің арқасында
бактериялық сүзгіштер арқылы өтіп,
салыстырмалы түрде соңғы уақытқа дейін
вирустармен теңестірілді.
Гендік инженерия әдістерімен өсімдіктердің сапасын жақсарту және өнімділігін арттыру
Өсімдікті жақсартудың негізгі міндеттерінің бірі синтезделген өнімдердің: ақуыздардың, майлардың,
полисахаридтердің және олардың қоректік және техникалық құндылығын анықтайтын басқа да заттардың
сапасын арттыру болып табылады. Дәнді дақылдарда эндоспермнің қосалқы ақуыздары үлкен қызығушылық
тудырады. Қосалқы ақуыздар, негізінен, құрылымы бойынша және нуклеотидтік құрамы бойынша ұқсас
бірнеше, мультиген тұқымдастарына біріктірілген гендермен кодталады. Дәстүрлі селекция әдістерімен
ақуыздың аминқышқыл құрамының жақсаруы осы маңызды ауыл шаруашылығы белгілерін анықтайтын
гендердің жағымсыз белгілерді туындататын гендермен бірге жиі тіркеледі және ұрпақтан ұрпаққа
қалдырылады. Осыған байланысты жаңа сорттарды жасау кезінде гендік-инженерлік әдістерді пайдалану
неғұрлым перспективалы болып табылады, бұл генге тек пайдалы белгі енгізуге мүмкіндік береді, теріс
қасиеттері бар тіркесусіз. Мысалы, проламиндер геніне лизиннің қосымша кодондарын енгізу лизинмен
байытылған белоктардың синтезіне және ақуыздың азықтық және қоректік құндылығын жақсартуға әкелуі
мүмкін. Дәнді және бұршақ тұқымдастардың түрлендірілген қосалқы ақуыздары бар трансгендік өсімдіктерді
алудан басқа майлы дақылдардың бірқатар май қышқылдарының, бірінші кезекте рапстың құрамын жақсарту
бойынша жұмыстар жүргізілуде. Рапс тұқымдары майдың жоғары болуымен сипатталады,алайда, онда ерекш
ұзын тізбекті эрук қышқылы көп болғандықтан, сондай-ақ глюкозинолаттар рапс майының дәмдік және қоректі
сапасы күрт төмендейді. Генетикалық инженерия және кейіннен селекцияның көмегімен май қышқылдарының
молекулаларының ұзындығын бақылайтын гендер бар рапс сорттары алынды, бұл эрук қышқылының үлесін
төмендетуге және рапс майының сапасын жақсартуға әкелді.
Осыған ұқсас жұмыстар жаңа құнды май қышқылдарын синтездейтін өсімдіктерді алуға мүмкіндік
беретін қанықпаған байланыстары жоғары түрлендірілген май қышқылдарын алу бойынша
жүргізіледі. Сонымен қатар, соңғы уақытта май қышқылдарының құрамының өзгеруі өсімдіктердің
жәндіктердің қатарына төзімділігін арттыруға, сондай-ақ төмен температуралардың әсеріне әкелуі
мүмкін екендігі көрсетілді. Селекцияның басым бағыттарының бірі жаңа сорттардың өнімділігін
арттыру болып табылады. Гендік-инженерлік әзірлемелер келесі бағыттарда белсенді жүргізіледі:
фотосинтетикалық белсенділікті арттыру және жеке заттардың синтезін арттыру. Жүргізілетін
жұмыстардың басқа бағыты трансгендік өсімдіктерде метаболизмді өзгерту мүмкіндіктеріне қатысты.
Басқа өсімдіктердің генінде көмірсу метаболизмінің реттелуіндегі негізгі фермент болып табылатын
жүгері сахарозофосфатсинтетазы (SPS-ген) генін енгізу көмірсу алмасуының өзгеруіне және
өсімдіктердің өнімділігін арттыруға алып келді. Қазіргі уақытта қызанақ, картоп, рапс, мақта
өсімдіктері алынды.
Стрестік әсерлерге төзімді трансгендік өсімдіктерді алу
Қоршаған ортаның құрғақшылық, артық ылғалдану, жоғары немесе төмен
температуралардың әсері, топырақтың тұздануы және қышқылдығы сияқты экстремалды
әсері ауыл шаруашылығы өнімдерінің айтарлықтай шығынына әкеледі. Сондықтан стресстік
әсерлерге төзімді өсімдіктер сорттарын пайдалану үлкен экономикалық мәнге ие.
Өсімдіктердің стреске бейімделгіш реакцияларының көбі көптеген гендердің синхронды
өзара әрекеттесуімен байланысты. Сондықтан гендік-инженерлік зерттеулер үшін стресс
факторымен тікелей индуцирленген биохимиялық процестер қол жетімді болады. Мысалы,
ұзақ су күйзелісіне ұшырайтын өсімдіктерде пролин, глицинбетаин және осморегуляторлар
немесе осмопротекторлар болып табылатын басқа да бірқатар органикалық төмен
молекулалы қосылыстар жинақталатыны белгілі. Бактериялар мен жоғары өсімдіктерде
стресстік жауаптың ұқсастығы көрсетілді: екі жағдайда да жасушаларда цитоплазма мен
қоршаған орта арасында осмостық тепе-теңдікті орнату және сонымен қатар стресстік
жағдайларда ақуыздарды ішінара тұрақтандыру болып табылатын осмопротекторлар
молекулаларының синтезі жүреді. Осмопротекторлар молекулаларын синтездеудің ұқсас
биохимиялық жолдары стресске төзімді трансгендік өсімдіктерді алу үшін бактериялық
гендерді пайдалануға мүмкіндік берді.
E. Coli бактериясының геномынан осмостық күйзеліске жауап ретінде
жасушада жинақтала бастайтын пролин биосинтезін қадағалайтын екі ген
– proBosm жəне proA бөліп алынған. Осы екі бактериалды геннің өсімдік
геномына экспрессиялануы, пролиннің жоғары дəрежедегі синтезіне алып
келген. Осындай жолмен алынған трансгенді темекі өсімдігінде, бақылау
тобындағы өсімдіктермен салыстырғанда пролин синтезінің қарқынды жүруі
мен жинақталуы байқалған. Трансгенді өскіндер ортадағы тұздың концентра-
циясы 20 г/л (350 мМ) жағдайында тамырланып өсе алған.
Глицинбетаин синтезін катализдейтін бетаинальдегидддегидрогена-
за гені бөліп алынды. Осындай генді экспрессиялайтын трансгенді темекі
өсімдігінің тұзды топыраққа шыдамдылығы жоғары болып шыққан.
Сонымен бірге, ақуызы май қышқылдарының метаболизміне əсер ететін
Fad7 генініңжоғарытемпературағашыдамдылықтыарттыратыныбелгілі бол-
ды. Трансгенді күріштегі осындай геннің инактивизациясы өсімдіктің жоғары
температурада өсе алатынын жəне екі сағатқа дейін +470
С температураға шы-
дай алатындығын көрсетті.
Бұдан басқа да мысалдарға келетін болсақ, раундап гербицидіне төзімді
келетін көгал (газон) шөбі шығарылған. Бұл шөп өте баяу өседі жəне көп
суғарудыталапетпейді. Осытехнологиянықолдану, құрғақшылық аймақтарда
орналасқан қалалардағы гольфке арналған алаңдар мен саябақтарда өсетін
жасыл құрақтарды суғаруға кететін суды ысырапсыз пайдалануға көмектесед
Жәндіктерге төзімді трансгендік өсімдіктерді алу
Гендік-инженерлік әдістерді пайдалана отырып, жәндіктермен шабуылға төзімділігі жоғары
өсімдіктерді құрастыруға болады. Осылайша, Bacillus thurmgiensis бактериялары инсектицидтік
ақуыз-прототоксинді экспрессиялайды, ол жәндіктердің ішегіне түсіп, зиянкестердің өліміне
әкелетін белсенді токсинге дейін протеаз әсерінен ыдырайды. Осы токсин негізіндегі
препараттар егістікте өсімдіктерді өңдеу үшін қолданылды. Алынған препараттар тұрақсыз және
тез ыдыраған, бұл зиянкестерде инсектицидке төзімділікті дамытуға мүмкіндік бермеді, ал
өсімдік жасушаларындағы мұндай ақуыздардың өнімдері өсімдіктердің жәндіктерге төзімділігін
қамтамасыз ете алды. В. thuringiensis геномынан токсин гені бөлініп, агробактериалды
трансформация әдісімен темекі өсімдіктерінің геніне интеграцияланған. Ауыл шаруашылығы
дақылдарын зиянкестерден қорғаудың тиімділігі эндотоксин гендерімен трансформацияланған
томаттың трансгендік өсімдіктерінде көрсетілді,бұл ретте өсімдік тіндерінде синтезделген
бактериялық ақуыз инсектицидтік препараттарды пайдаланумен салыстырылатын қорғаныш
әсерін қамтамасыз етті. Темекіден және бактериялық қызанақтан басқа көптеген ауыл
шаруашылығы өсімдіктерінің геніне, соның ішінде картоп, жүгері, мақта, күріш, соя, брокколи
және т. б. енгізілген. Трансгендік өсімдіктерді пайдалану инсектицидтерді қолданудың күрт
қысқаруына және өнімділіктің артуына алып келді.
Фитопатогендерге төзімді өсімдіктерді алу
Өсімдіктерде фитопатогендердің әсері кезінде қорғаныс реакциялары механизмдерінің каскады
қосылады. Бұл ретте өсімдіктердегі белсенді жауап реакциялары екі негізгі бағыт бойынша өтуі
мүмкін: біріншіден, инфекцияға жауап ретінде уытты және тіршілік әрекетін шектейтін патогендердің
қосылыстары синтезі басталады, бұл ақыр соңында олардың өлуіне әкеледі. Екіншіден, қорғау
жауабы ретінде өсімдіктердің зақымдануын және патогендердің таралуын болдырмайтын
құрылымдық кедергілер пайда болуы мүмкін, бұл өсімдіктердің клеткалық қабырғаларын
лигнификациялаумен, не гликопротеидтер, гидроксипролинге бай және экстенсин деп аталатын
басқа да қосылыстар есебінен жасушалық қабырғаларды нығайтумен қол жеткізіледі, бұл
маталарды фитопатогендермен зақымданудан қорғауға әкеледі. Вирустармен, бактериялармен
және саңырауқұлақтармен жұқтыруға жауап ретінде ерекше PR-ақуыздар (pathogenesis related
proteins), оның ішінде неғұрлым зерттелген хитиназа және β-1,3-глюканаза индукцияланады. Бұл
ферменттер саңырауқұлақтардың өсуін, сондай-ақ бактериялардың кейбір түрлерін тежейді.
Хитиназ және глюканаз ақуыздарының фунгицидтік әсері, сондай-ақ оларды жеке гендермен кодтау
эксперименталды дәлелденді. Сондықтан хитиназа мен глюканаза гендері фитопатогендерге
төзімді трансгендік өсімдіктерді алу бойынша гендік-инженерлік жұмыстарда пайдаланылды.
Фунгицидтік әсері бар қосылыстардың басқа тобы төмен молекулярлық ақуыздар (40-50 кДа),
оларға өсімдіктің цистеин ақуыздары, галактуроназ ингибиторлары, өсімдік дефензиндері, MF-
ақуыздар тобы жатады. Бұл белоктардың барлығы әдетте өсімдіктердің әртүрлі саңырауқұлақ және
бактериялық инфекцияларға төзімділігін ерекше арттырады. Бұл ақуызды экспрессиялайтын
трансгендік өсімдіктер саңырауқұлаққа да, вирустық инфекцияға да төзімділікке ие.
Өзара қарым – қатынасты зерттеу барысында вирус-өсімдік түрлі әдістердің көп саны тартылды. Тек
оларды біріктіру вирусты инфекцияға төзімді өсімдіктерді алу бойынша нәтижелер әкелуі мүмкін. Соңғы
жылдары бұл бағытта айтарлықтай серпіліс жасалды, бұл геномды ұйымдастыруды және вирустық
гендердің жұмыс істеуін егжей-тегжейлі түсінумен тікелей байланысты. Қазіргі уақытта вирустық
инфекцияға төзімді өсімдіктерді алу үшін гендік-инженерлік технологиялардың көмегімен вирус қабығы
ақуызының генімен трансформацияланған трансгендік өсімдіктерді алуға мүмкіндік беретін бірқатар
тәсілдер бар,бұл вирустың жұқтырылуының азаюына және көбеюін тежеуге әкеледі. Мұндай әдіспен
темекі Мозаика вирусының қабығы ақуызының генімен трансформацияланған темекі және картоп
өсімдіктері алынды,бұл трансгендік өсімдіктерде тұрақты вирусқа қарсы әсердің пайда болуына алып
келді. Патогендерге төзімді өсімдіктерді алуға тағы бір тәсіл фунгицидтік және микробқа қарсы әсер
көрсететін фитоалексиндердің биосинтез жолының ферменттерін кодтайтын өсімдік жасушаларын
гендермен трансформациялау болып табылады. Қызанақ және картоп өсімдіктерінің осы гендерімен
трансформациясы фитофторозға және фузариозға төзімділікті айтарлықтай арттырды. Қазіргі уақытта y
вирусына (РVY) және жапырақтарды ширату вирустарына (РLRV) төзімді картоптың төрт трансгендік
коммерциялық сорттары алынды, асқабақ сорты, бір мезгілде үш түрлі вирустарға төзімді, Папайя сорты,
папайяның айналмалы вирусына (РRV) төзімді.

Ұқсас жұмыстар

Гендік модифицирленген өнімдер

Трансгенді ағзалар

ГЕНДІК МОДИФИКАЦИЯЛАНҒАН ӨСІМДІКТЕРДІ ӨСІРУ

Биотехнология және ауылшаруашылығы

Биотехнологиялық өндірістің технологиялық негізі

Трансгенді ағзалар туралы түсінік

Трансгенді жануарлар алу әдісі

АҚШ адамдар

Трансгендік өсімдіктер

Генетикалық инженерияның негіздер

Пәндер