Трансгенді өсімдіктер алу тарихы

Пән: Биология
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Жоспар

Кіріспе

Негізгі бөлім

2. 1. Трансгенді өсімдіктер алу тарихы

2. 2. Зиянкестер мен ауруларға төзімді трансгенді өсімдіктер

2. 3. Гербицидтерге төзімді трансгенді өсімдіктер

Қорытынды

Пайдаланылған әдебиеттер

Кіріспе

Өсімдіктердің биотехнологиясы - бұл өсімдік текті жаңа өнімді жоғары сүрыптар мен линиялар, биологиялық белсенді қосылыстарды алуға бағытталған ғылым саласы. Өсімдіктердің шаруашылықтағы бағалы сұрыптары (бидай, жүгері, күріш, соя, картоп) барлық уақытта селекционерлердің назарында болып келеді. Ауыл шаруашылықты дақылдардың өнімін жоғарылату, олардың жағымсыз ауа райына, әртүрлі ауруларға түрақтылығын жоғарылату қазіргі уақытта да әрбір мемлекеттің экономикасында маңызды мәселелерінің бірі болып келеді. Қазақстан да бүдан тыс қалған емес. Оның солтүстік аймақтарының коп болігінде дәнді дақылдар, оңтүстігінде - мақта мен күріш, және айтарлықгай бар- лық аймақтарында картоп өсіріледі. Өсімдікті өсіруде қарқынды әдісті қолдану нәтижесінде 20 ғасырдың 50-60 жылдарында экономикалық дамыған мемлекеттерде дәнді дақылдардың өнімі 2-3 есе өскен. Ауруларға, зиянкестерге төзімді, топырақ өңдеудің интенсификация факторларын қабылдағыш, қысқа сабақты сүрыптары алынды. Тұқымның сапасын жақсартуға, оларды келесі егу кезеңіне дайындауға және т. б. егін шаруашылығына бағытталған жаңа технологиялар қолданыла бастады.

2. 1. Трансгенді өсімдіктер алу тарихы

Екпе өсімдіктер дәнінде кор ретіңде жинакталатын белоктарды құрамы жағынан біір-біріне жақын гендер кодтайды. Дәннің қор белоктарынан түзіліп жинақталуы күрделі де, дәл реттелетін агрономия және экономика тұрғысынан өте маңызды биосинтетикалық процесс.

Бір өсімдіктің қор белогінің сапасы жақсарту үшін оған басқа өсімдіктің қор белігінің генін енгізу жөнінде алғашқы әрекеті 1983 жылы АҚШ -та Д. Кемп пен Т. Холл істеген. Олар бұршактын басты қор белогы фазеолин генін Ті-плазмида көмегімен күнбағыстын геномына енгізген еді. Бұл тәжірибенің нәтижесінде «санбин» деген трансгендік өсімдік алынды. «Санбин» әзірше ешкандай іске жарамсыз, ауыл шаруашылығында пайдаланылмайды, бірак, сонда да, бұл тәжірибенін маңызы өте зор, себебі ол гендік инженерия әдістерін өсімдіктерге колдануға болатындығына сенім бідіріп, биотехнологияның осы бағытының басталуын жария етті. Күнбағыс клеткаларында фазеолиндік полипептидтер түзілетіндігі иммунологиялык жолмен аныкталды. Өте манызы зор бұл факт әр түрлі тұкымдастарға жататын өсімдіктер арасында гендерді тасымалдауға болатындығын дәлелдеді.

Одан кейін бұршақтын фазеолин гені темекі клеткаларына тасымалданып, регенерант өсімдіктердің барлық ұлпаларында ол геннін экспрессиясы өткен. Бұршақтын пісіп жетілген тұқым жарнағында фазеолин үлесіне жалпы белоктын 25-50 % келеді. Бөтен өсімдікгерде осындай жоғары мөлшерде фазеолин генінін экспрессиясы өтуі үшін онын өзіне тән ретеуіш сигналдары генмен қоса тасымалдануы қажет және онтогенез процесінде экспрессияның бақылануы маңызды екені білінді.

Жүгерінің зеин деген қор белогынын гені Т-ДНК-ға тігіліп күнбағыс геномына енгізілген. Ол үшін зеин гендері тігілген Ті- плазмидалары бар агробактериялар штамдарын жұктырып күнбағыстын сабағында ісікті қоздырған. Кейбір ісіктерде зеиндік мРНК түзілетіндігі анықғалған. Бұл тәжірибе даражарнақты өсімдік генінін қосжарнакгы өсімдікте транскрипщиясы өтетіндігін дәлелдейді. Бірақ транскрипция өтіп, РНК түзілгенмен ген экспрессиясы толығымен жүрмей, трансляция процесі болмаған, яғни жүгерінін зеин белогы күнбағыс ұлпаларында түзілмеген. Сондықтан қор белоктарын кодтайтын гендерді тасымалдау өте күрделі де көбінесе сәтсіз аяқталатын процесс болып тұр.

Гендік инженериянын жеңілірек іске асатын мақсаты, ол бөтен белок гендерін тасымалдамай-ак, әр өсімдікке тән белоктын амин кышкыл құрамын жақсарту. Көптеген астық тұкымдастарының қор белогында лизин, треонин, триптофан, ал бұршақ тұқымдастарында метионин мен цистеин жетіспейттіндігі мәлім. Белоктын құрамына жетіспейтін амин қышқылдарын қосымша енгізу арқылы белоктын сапасын жақсартуға болады. Дағдылы селекцияньщ әдістерімен астык түкымдастарынын кор белоктарында лизин мөлшері едәуір көтерілген. Ол үщің проламиндерцін (спиртке еритін астык түкымдастарынын кор белоктары) бір бөлігі лизині коп баска белоктарға ауыстырылды.

Бірақ сонын салдарында бүл өсімдіктерде дән уақ болып кеткен және жалпы түсімі кеміген. Шамасы, проламиндер дәннін толык болып калыптасуына кажет шығар, сондыктан оларды баска белоктармен ауыстыру тусімді төмендетеді. Осы жаідайды ескеріп, өнімділікті төмендетпейтін, біраккүрамында лизин мен треониң көп белокты дәнді дакылдарда калылтастырукажет. Астык түкымдас өсімдіктерде лизинді көбейту мәс^лесін шешудін тағы бір жолы, ол дәнде бос лизиннін (белок күрамына кірмейгін) мөлшерін арттыру. Бүл тәсіл аспартат-киназа (тармакты амин кышкылдарынын синтезі жолындағы бірінші фермент) гені бойынша мутанттарды алуға негізделген. Астык түкымдастардын аспартат-киназа ферменіі бос лизин мен метионин әсерімен кері байданыс механизмі аркылы, тежеледі, сонын салдарынан лизин синтезі бәсендейтін стадия. Сөйтіл, сол тежеулі стадияньін әсерін басу үшін аспартат-киназа күрылысын мутация аркылы біраз өзгертіп, ол фермеНтпгін каркындылышн төмендетукерек. ’ Кез келген өсімдік белогының амин кышкыл күрамын жаксарту үшін, тек ауыстырылмайтын амин кышкылдарынан (мысалы, лизин, треонин, метионин) түратын бүрын-сонды болмаған, колдан жасалған табиғатта кездеспейтін полипептид- терді кодтайтын жана гендерді пайдалануға болады, Табиғатга болмаған күрамыньщ 80 %-ті ауыстырылмайтын бес амин кышкылынан түратьш полипептидгі кодгайтын осындай генді 1986 жылы Джейнс кызметтестерімен химиялык синтез аркылы жасап шығарды. Ті-плазм иданы ж әне Ri-плазмиданіл пайдаланып, олар осы жасанды генді темекі клеткаларына енгізіп, химералык регенеранттарды алды. Сол трансгендік өсімдіісте жасанды геннщ экспрессиясы жүріп, мүлдем игяңя белок түэілетіні аныкталды. Соңғы кезде гендік инженериянын метаболштіқ инженерия деп аталатын бағыты. қаркынды дамып келеді. Бүл оағыттын міндеті - өсімдікгерде оларға тән емес белоктарды синтездеу аркасында турлі антиденелерді, вакциналарды, интерферондарды т. с. с. лайдалы заттарды өндіру. . Метоболитгік инженерия белоктармен катар өсімдіктегі көмірсулар мен маилардын да күрамына және мөлшеріне әсер ете алады.

2. 2. Зиянкестер мен ауруларға төзімді трансгенді өсімдіктер

Ауыл шаруашылығына микроб, саңырауқұлақ, вирустық патогендер мен әр түрлі жәндіктердің тигізетін зияны орасан зор. Сондықтан түрлі аурулар мен зиянкестерге төзімді өсімдік сорттарын шығару ауыл шаруашылық биотехнологияның ең бір өзекті міндеті және де гендік инженерияны практикада қолдану жолындағы үздік мәселе болып табылады. Өкінішке орай, түрлі патогендерге өсімдіктің төзімділігі көптеген гендермен белгіленеді. Бір мезгілде бірнеше локустарды тасымалдау мәселесін гендік инженерия әдістерімен шешу қиын, ал дағдылы селекция әдістеріменен де тіпті мүмкін емес. Қазір гендік инженерияның айлалы әрекеттерімен тек қана жалғыз бір ген немесе хромосоманың бір бөлігінде жалғаса орналасқан бір топ гендер ғана белгілейтін төзімділік белгісін тасымалдап өсімдікке дарытуға болады.

Гендік инженерия әдістерінің тағы да бір іске асатын жолы бар. Кейде өсімдіктің өзіне тән табиғи төзімділік гені болса да, ол патогенге төтеп бере алмайды. Мұндай төзімсіздік гендердің экспрессиясы әлсіз болғандығына немесе гендердің қызмет қарқыны бәсендеуіне байланысты болады. Соның салдарынан патогендік организмдер ауру туғызып өсімдікті күйзеліске ұшыратады. Гендік инженерия тәсілімен төзімділік қасиетін кодтайтын бұл гендердің экспрессиясын реттеуіш элементтерін алмастыру және күшті промоторды енгізу арқылы арттыруға болады немесе гендердің санын көбейтуге болады (амплификация) . Бірқатар жағдайларда бұл жол өсімдікке бөтен құрылымдық гендерді енгізумен салыстырғанда оңай және тиімді болады. Себебі, тасымалданған бөтен гендердің өнімдері кей кездерде клеткаға жағымсыз, тіпті зиянды болып шығуы мүмкін.

Фитовирусологияда индукцияланған айқас төзімділік деген құбылыс белгілі. Бұл құбылыстың мәні мынадай. Егер өсімдікке вирустың бір штамын жұқтырса, ондай өсімдік сол вирустың басқа штамдарына да төзімді болады. Бұл құбылыстың молекулалық механизмі әлі анықталмаған. Өсімдікте иммунитет пайда болу үшін оған вирустың өзін емес, тіпті жеке гендерін, мысалы капсида белоктарының гендерін енгізу жеткілікті екен. Темекі теңбіл вирусының қабықша белогының генін темекі клеткаларына тасымалдап, трансгендік өсімдіктер алынған. Олардың жапырағында жалпы белоктардың 0, 1% вирус белогы болған. Бұл өсімдіктердің көбі вируспен зақымданбаған. Шамасы, өсімдік клеткаларында синтезделетін вирус қабығы өзгертілген белогы мен вирустык РНҚ қосыла алмайды. Сол себептен вирустар көбеймейді.

Темекі, томат, картоп, қияр, бұрыш трансгендік өсімдіктерінде теңбіл ауруын қоздыратын вирус штамының капсида белогының экспрессиясы оларға басқа штамның инфекциясын жұқтырмайды. Бұл өсімдіктердің ұрықтануы төмендемеген, өсу және физиология процестері өзгермеген. Өсімдіктерді зиянкес жәндіктерденкорғау үшін химиялық заттар - инсектицидтер қолданылады. Бірақ олар сүтқоректілерге де зиян келтіреді, пайдалы жәндіктерді өлтіреді, қоршаған ортаны ластайды, бағасы қымбат болады, және де зиянкестер оларға тез бейімделіп кетеді. Пайдаланатын инсектицидтерге төзімділік қасиеті бар 400 астам жәндіктер түрлері белгілі. Сондықтан биологиялық жолмен күресу амалдары өзіне назар аударуда, өйткені олар әр жәндік түріне сәйкес қатаң таңдаулы әсер етеді және де зиянкестер биопестицидке бейімделе алмайды.

Бұл бағытта әсіресе қызықтыратын микробиологиялық пестицидтер. Олар зиянкестерді өлтіретін микроб токсиндері. Мысалы, Васilus thuringiensis микробының токсині жапырақтармен қоректенетін жәндіктердің личинкасын өлтіреді. В. thuringiensis штамдары бірнеше токсиндерді түзеді. Олар зақымдайтын жәндіктер түріне және де тиімділігіне қарай ерекшеленеді. Қазір 20-ға жакын токсиндер белгілі. Түрлі штамдар токсиндерінің гендері клонданған, олардың нуклеотидтік тізбегі анықталған және ол гендер микроорганизмдердің басқа түрлеріне, мысалы, Pseudomonas fluorescens клеткаларына енгізілген. Бұл кең таралған зиянсыз эпифиттік микроб, көптеген екпе өсімдіктердің нормалы микрофлорасына жатады, соның ішінде тамыр жүйесіне де. Тәжірибелер көрсеткендей, токсин түзетін Рs. fluorescens трансгендік жасушалары бірқатар өсімдіктерді зиянкестерден қорғай алатын қабілетке жеткен.

Осы токсиннің генін өсімдікке тікелей енгізу әрекеттері істелген. Токсинді синтездейтін темекі трансгендік өсімдіктері алынған. Бұл өсімдіктер Моnduca sexta деген зиянкес жәндіктің гусеницаларына төзімді болған. Үш тәулік бойы бұл трансгендік өсімдік жапырағымен қоректенген гусеницалар уланып қырылған. Токсинді түзуші ген және оның арқасында пайда болған төзімділік қабілет доминанттық белгі ретінде тұқым қуалаған.

Вирустар коздыратын аурулар жәндіктер арасында да кен таралған, сондықтан зиянкестермен күресу үшін олардын табиғи вирустарын колдануға болады. Олардан өндірілген препараттарды вирустык пестицидтер деп атайды. Олардың ядохимикаттардан көп артықшылыктары бар: санаулы белгілі бір жәндіктерге ғана әсер етеді; пайдалы жәндіктерді өлтірмейді; қоршаған ортада тез ыдырайды да өсімдіктер мен жануарларға зиян келтірмейді.

2. 3. Гербицидтерге төзімді трансгенді өсімдіктер

Жаңа қарқынды технологиялар бойынша ауыл шаруашылығында гербицидтер кеңінен қолданылады. Қазіргі кезде бұрын қолданылған экологияға қауіпті, сүтқоректілерге улы гербицидтердің орнына жаңа, қауіпсіз гербицидтер пайдаланылады. Бірақ олардың да кемшіліктері бар. Олар арам шөптерді жоюмен қатар екпе өсімдіктердін де өсуін біраз тежейді.

Глифосат, атразиндер, сульфонилмочевина туындылары сияқты тиімділігі жоғары гербицидтерге кейбір арам шөптер төзімді келеді. Мысалы, атразин қолданылатын егістік жерлерде, көптеген өсімдік түрлерінің төзімді биотиптері пайда болады. Қазір осындай төзімділік механизмдері мұқият зерттелуде. Сондағы мақсат - гербицидке төзімділік белгісін гендік инженерия әдісін қолданып екпе өсімдіктерге енгізу. Бұл жұмыстың атқарылу кезеңдері мынадай:

1) өсімдік клеткасында гербицидтер әсер ететін биохимиялық нысанасын анықтау;

2) гербицидтерге төзімді организмдерді сұрыптап, олардың төзімділікті кодтайтын генін бөліп алу;

3) сол гендерді клондап көбейту;

4) төзімділік гендерін екпе өсімдіктерге тасымалдап енгізіп, олардың трансформацияланған өсімдіктердегі қызметін зерттеу.

Әр түрлі химиялық қосылыстарға, соның ішінде гербицидтерге де, төзімділікті қамтамасыз ететін төрт механизм бар:

1) тасымалдаушы (транспорттық) ;

2) жоюшы (элиминациялау) ;

3) реттеуші (регуляциялау) ;

4) жанасушы (контактық) .

Транспорттық төзімділік механизмі гербицидтің клеткаға кіруін тежейді. Жоюшы механизмі - жасушаның ішіне кірген заттар жасуша индукциялайтын факторлар әсерімен жойылады, көбінесе ол ыдыратушы ферменттер, немесе улы заттар модификациялану арқасында зиянсыз заттарға айналады. Реттеу механизм - гербицид әсерімен инактивтенетін белок немесе фермент қайтадан қарқынды синтезделе бастайды, соның арқасында қажет метаболиттің орны толады. Контактық механизм - гербицид әсер ететін нысананың (белок немесе фермент) құрылымы өзгертіледі де, гербицид зиян әсер көрсете алмайды.

Гербицидке төзімділік жалғыз бір ғана генмен белгіленеді, яғни моногендік болады. Бұл жағдай осы белгіні басқа өсімдікке рекомбинанттық ДНҚ-ны қолданып енгізу жұмысын жеңілдетеді. Сонымен бірге, гендік инженерия әдістері гербицидтерді ыдыратуын немесе модификациялауын қамтамасыз ететін ферменттердің гендерін де тасымалдау арқасында төзімді өсімдіктерді шығара алады. Ал дағдылы селекцияның әдістері ұзаққа созылады және де тиімділігі өте төмен.

Кең пайдаланылатын глифосат гербициды маңызды ароматикалық амин кышкылдарының синтезін тежейді. Ол 5-енолпи- рувилшикимат-3-фосфосинтетаза (ЕИШФ-синтетаза) ферментіне эсер етеді. Төзімді өсімдікгерде бүл ферментгін синтезі арта түседі (реттеу механизм) немесе глифосат эсер ете алмайтын мутанттык фермент пайда болады (контактық механизм) . Глифосатқа төзімді өсімдіктен ЕПШФ-синтетазаның гені бөлініп алынып, ТКТВ промоторына жалғастырылып тігілді. Ті-плазмида көмегімен бұл генетикалық құрылым шырайгүл клеткаларына енгізілді. Трансформацияланған клеткалардан шыкқан регенеранттарда геннің бірақ көшірмесі болса да, олар бастапқы өсімдіктерден 20-40 есе артық ферментті синтездеген. Соның нәтижесінде глифосатқа төзімділік 10 есе арткан. ЕПШФ-синтетаза ферментінің құрамындағы 101-ші болып орналаскан бір пролин серинге алмастырылған. Төзімділікті белгіпейтін ЕПШФ- синтетазаның сондай мутанты сальмонелла бактериясынан алынған. Одан кейін осы ферменттін гені алынып, Ті-плазмида арқылы темекі клеткаларына енгізілген. Кейін олардан глифосатқа төзімді регенеранттар пайда болған. ЕПШ Ф -синтетаза ферментінін гені ядролық ДНК-да орналасқан. Синтезделген белок (фермент) өз қызметін хлоропластарда жүргізеді. Дәнді дақылдар егістігінде кеңінен қолданылатын гербицидтерге атразин жатады. Ол II фотожүйенің бір белогымен байланысып, электроңдардын тасымалдануын тоқтатады, яғни фотосинтезді тежейді. Сол құрамында пластахиноны бар белокта нүктелі мутация (серин глицинге алмастырылады) өткенде, ол гербицидпен әрекеттесу қабілетінен айырылады да, өсімдік атразинге төзімділік көрсетеді. Мутанттық белоктың гені Ті- плазмиданың көмегімен атразинге сезімтал өсімдіктерге тасымалданады. Бұл белоктың хлоропластарға өтуге мүмкіндігі болу үшін генде арнайы сигналдың тізбегі болған. Гендік инженерия әдістерімен сол гербицидтерге төзімшлігі 20-30 есе өскен темекі мен соя өсімдіктері алынған. Кенбф өсімдіктердін тезімділігі олардын гербицидтердін улы әсерін жою (детоксикация) кабілетіне байланысты. Мысалы, хлорсулъфуронға төзімділік бул гербицид молекуласын гидроксилдеу (ОН тобын косу), келесі гидроксил тобын гликозилдеу (кант калдығын косу) нзтижесінде пайда болады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.