Гендік инженерияның даму болашағы

Жоспар
Кіріспе

1 Гендік инженерияның даму болашағы
2 Белоктардың сапасын жақсарту
3 Гербицидтерге төзімді өсімдіктерді жасау
4 Патогендер мен зиянкестерге төзімді өсімдіктерді жасау
5 Стрестік жағдайларға өсімдіктердің төзімділігін арттыру
6 Клетканы өсірудің әдістері,биологиялық нысандар

Өсімдіктер жасушаларына бөтен генетикалық информацияны енгізу мүмкіндігі тәжірибе жүзінде дәлелденген. Осы әдістерді пайдалану негізінде бағалы қасиеттері бар өсімдіктерді шығару үшін болашақта көп үміт күтерлік жол ашылды.
Өсімдіктерге бөтен гендерді тасымалдау жөніндегі деректер 1981 жылдан бері белгілі. Бактериялар, жануарлар және өсімдіктер гендері плазмидалық Т-ДНҚ-ның рестрикциялық бөліктеріне тігіліп, өсімдік геномына нәтижелі тасымалданған. Нәтижесінде гендік инженерия әдістерімен құрастырылған алғашқы өсімдіктер алына бастады. Өсімдіктерге бөтен генді Ті-плазмиданың көмегімен енгізу әрекеттері ең алдымен бактерия гендерін тасымалдаумен байланысты болды. Ол үшін көбінесе антибиотиктерге төзімділікті белгілейтін Е. соlі гендері қолданылды. Бұл гендерді пайдаланудың себебі, олардың өсімдік геномына тіркесуін оңай тексеруге болатындығынан. Бірақ бұл антибиотиктерге төзімділік белгісінің өсімдік үшін ешбір пайдасы жоқ. Турасын айтқанда, бұл бөтен ген нақтылы тасымалданды ма, жоқ па, тек қана соның куәсі ретінде және де егер тасымалданса, онда өзіне тән қызметін атқарып жатқанын көрсету үшін керек. Бұндай селективті маркерлік гендер өсімдіктерге туыстығы жоқ бөтен гендерді тасымалдау кезінде қолданылады.
Өсімдіктер геномын гендік инженерия әдістерімен өзгертіп қайта құру мақсаты екі мәселені шешуге бағытталған. Біріншісі, трансгенозға байланысты негізгі теориялық мәселелерді шешу, ал түбінде өсімдіктердің алдын ала көзделген белгілі қасиеттері бар жаңа варианттарын шығару үшін практикалық селекцияда гендік инженерия әдістерін қолдану.

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

Гендік инженерияның даму болашағы. Өсімдіктер жасушаларына бөтен генетикалық информацияны енгізу мүмкіндігі тәжірибе жүзінде дәлелденген. Осы әдістерді пайдалану негізінде бағалы қасиеттері бар өсімдіктерді шығару үшін болашақта көп үміт күтерлік жол ашылды.
Өсімдіктерге бөтен гендерді тасымалдау жөніндегі деректер 1981 жылдан бері белгілі. Бактериялар, жануарлар және өсімдіктер гендері плазмидалық Т-ДНҚ-ның рестрикциялық бөліктеріне тігіліп, өсімдік геномына нәтижелі тасымалданған. Нәтижесінде гендік инженерия әдістерімен құрастырылған алғашқы өсімдіктер алына бастады. Өсімдіктерге бөтен генді Ті-плазмиданың көмегімен енгізу әрекеттері ең алдымен бактерия гендерін тасымалдаумен байланысты болды. Ол үшін көбінесе антибиотиктерге төзімділікті белгілейтін Е. соlі гендері қолданылды. Бұл гендерді пайдаланудың себебі, олардың өсімдік геномына тіркесуін оңай тексеруге болатындығынан. Бірақ бұл антибиотиктерге төзімділік белгісінің өсімдік үшін ешбір пайдасы жоқ. Турасын айтқанда, бұл бөтен ген нақтылы тасымалданды ма, жоқ па, тек қана соның куәсі ретінде және де егер тасымалданса, онда өзіне тән қызметін атқарып жатқанын көрсету үшін керек. Бұндай селективті маркерлік гендер өсімдіктерге туыстығы жоқ бөтен гендерді тасымалдау кезінде қолданылады.
Өсімдіктер геномын гендік инженерия әдістерімен өзгертіп қайта құру мақсаты екі мәселені шешуге бағытталған. Біріншісі, трансгенозға байланысты негізгі теориялық мәселелерді шешу, ал түбінде өсімдіктердің алдын ала көзделген белгілі қасиеттері бар жаңа варианттарын шығару үшін практикалық селекцияда гендік инженерия әдістерін қолдану.
Өсімдіктердің ауыл шаруашылығында бағаланатын негізгі белгілері, атап айтқанда: өнімділік, тез пісіп-жетілу, сабақпен масақтың ұзындығы, дәндегі белок мөлшері, түрлі стресс факторларға төзімділік. Осындай құнды қасиеттер көпгендік (полигендік) жүйелердің бақылаумен қалыптасады, яғни гендердің күрделі комплекстерінің өзара әр қилы әрекеттесуі арқылы пайда болады. Өкінішке орай, бұндай полигендік белгілерді гендік инженерия әдістерімен бір организмнен басқа организмге көшіріп дарыту әзірше мүмкін емес. Өсімдіктерді жақсартудың ең жарамды амалдары ежелден организмде бар гендерді өзгерту (модификациялау) және гендік инженерия әдістерімен нақтылы бір белгіні кодтайтын жеке бір генді тасымалдау.
Белоктардың сапасын жақсарту. Екпе өсімдіктер дәнінде қор ретінде жинақталатын белоктарды құрамы жағынан бір-біріне жақын гендер кодтайды. Дәннің қор белоктарының түзіліп жинақталуы күрделі де, дәл реттелетін агрономия және экономика тұрғысынан өте маңызды биосинтетикалық процесс.
Бір өсімдіктің қор белогының сапасын жақсарту үшін оған басқа өсімдіктің қор белогының генін енгізу жөнінде алғашқы әрекетті 1983 жылы АҚШ-та Д. Кемп пен Т. Холл істеген. Олар бұршақтың басты қор белогы фазеолин генін Ті-плазмида көмегімен күнбағыстың геномына енгізген еді. Бұл тәжірибенің нәтижесінде санбин деген трансгендік өсімдік алынды. Санбин әзірше ешқандай іске жарамсыз, ауыл шаруашылығында пайдаланылмайды, бірақ, сонда да, бұл тәжірибенің маңызы өте зор, себебі ол гендік инженерия әдістерін өсімдіктерге қолдануға болатындығына сенім білдіріп, биотехнологияның осы бағытының басталуын жария етті. Күнбағыс клеткаларында фазеолиндік полипептидтер түзілетіндігі иммунологиялық жолмен анықталды. Өте маңызы зор бұл факт әр түрлі тұқымдастарға жататын өсімдіктер арасында гендерді тасымалдауға болатындығын дәлелдеді.
Одан кейін бұршақтың фазеолин гені темекі клеткаларына тасымалданып, регенерант өсімдіктердің барлық ұлпаларында ол геннің экспрессиясы өткен. Бұршақтың пісіп жетілген тұқым жарнағында фазеолин үлесіне жалпы белоктың 25-50 % келеді. Бөтен өсімдіктерде осындай жоғары мөлшерде фазеолин генінің экспрессиясы өтуі үшін онын өзіне тән реттеуіш сигналдары генмен қоса тасымалдануы қажет және онтогенез процесінде экспрессияның бақылануы маңызды екені білінді.
Жүгерінің зеин деген қор белогының гені Т-ДНҚ-ға тігіліп күнбағыс геномына енгізілген. Ол үшін зеин гендері тігілген Ті-плазмидалары бар агробактериялар штамдарын жұқтырып күнбағыстың сабағында ісікті қоздырған. Кейбір ісіктерде зеиндік мРНҚ түзілетіндігі анықталған. Бұл тәжірибе даражарнақты өсімдік генінің қосжарнақты өсімдікте транскрипциясы өтетіндігін дәлелдейді. Бірақ транскрипция өтіп, РНҚ түзілгенмен ген экспрессиясы толығымен жүрмей, трансляция процесі болмаған, яғни жүгерінің зеин белогы күнбағыс ұлпаларында түзілмеген. Сондықтан қор белоктарын кодтайтын гендерді тасымалдау өте күрделі де көбінесе сәтсіз аяқталатын процесс болып тұр.
Гендік инженерияның жеңілірек іске асатын мақсаты, ол бөтен белок гендерін тасымалдамай-ақ, әр өсімдікке тән белоктың амин қышқыл құрамын жақсарту. Көптеген астық тұқымдастарының қор белогында лизин, треонин, триптофан, ал бұршақ тұқымдастарында метионин мен цистеин жетіспейтіндігі мәлім. Белоктың құрамына жетіспейтін амин қышқылдарын қосымша енгізу арқылы белоктың сапасын жақсартуға болады. Дағдылы селекцияның әдістерімен астық тұқымдастарының қор белоктарында лизин мөлшері едәуір көтерілген. Ол үшін проламиндердің (спиртке еритін астық тұқымдастарының қор белоктары) бір бөлігі лизині көп басқа белоктарға ауыстырылды. Бірақ соның салдарында бұл өсімдіктерде дән уақ болып кеткен және жалпы түсімі кеміген. Шамасы, проламиндер дәннің толық болып қалыптасуына қажет шығар, сондықтан оларды басқа белоктармен ауыстыру түсімді төмендетеді. Осы жағдайды ескеріп, өнімділікті төмендетпейтін, бірақ құрамында лизин мен треонин көп белокты дәнді дақылдарда қалыптастыру қажет.
Астық тұқымдас өсімдіктерде лизинді көбейту мәселесін шешудің тағы бір жолы, ол дәнде бос лизиннің (белок құрамына кірмейтін) мөлшерін арттыру. Бұл тәсіл аспартат-киназа (тармақты амин қышқылдарының синтезі жолындағы бірінші фермент) гені бойынша мутанттарды алуға негізделген. Астық тұқымдастардың аспартат-киназа ферменті бос лизин мен метионин әсерімен кері байланыс механизмі арқылы тежеледі, соның салдарынан лизин синтезі бәсендейтін стадия. Сөйтіп, сол тежеулі стадияның әсерін басу үшін аспартат-киназа құрылысын мутация арқылы біраз өзгертіп, ол ферменттің қарқындылығын төмендету керек.
Кез келген өсімдік белогының амин қышқыл құрамын жақсарту үшін, тек ауыстырылмайтын амин қышқылдарынан (мысалы, лизин, треонин, метионин) тұратын бұрын-соңды болмаған, қолдан жасалған табиғатта кездеспейтін полипептидтерді кодтайтын жаңа гендерді пайдалануға болады. Табиғатта болмаған құрамының 80 %-ті ауыстырылмайтын бес амин қышқылынан тұратын полипептидті кодтайтын осындай генді 1986 жылы Джейнс қызметтестерімен химиялық синтез арқылы жасап шығарды. Ті-плазмиданы және Кі-плазмиданы пайдаланып, олар осы жасанды генді темекі клеткаларына енгізіп, химералық регенеранттарды алды. Сол трансгендік өсімдікте жасанды геннің экспрессиясы жүріп, мүлдем жаңа белок түзілетіні анықталды. Соңғы кезде гендік инженерияның метаболиттік инженерия деп аталатын бағыты қарқынды дамып келеді. Бұл бағыттың міндеті - өсімдіктерде оларға тән емес белоктарды синтездеу арқасында түрлі антиденелерді, вакциналарды, интерферондарды т.с.с. пайдалы заттарды өндіру. Метаболиттік инженерия белоктармен қатар өсімдіктегі көмірсулар мен майлардың да құрамына және мөлшеріне әсер ете алады.
Гербицидтерге төзімді өсімдіктерді жасау. 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.
Патогендер мен зиянкестерге төзімді өсімдіктерді жасау. 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 ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.