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-агробактерий, в частностиAgrobacterium tumefaciens, используемых для переноса генов (рис. 35), а также метода микробомбардировки (биолистик) растительных тканей микрочастицами металлов (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 плодовых 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.

Яблоня. 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 Agrobacterium, 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 Ti); 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 отBacillus 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 JA (b) и cry JA (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 бактериофага Т 4), контролирующий устойчивость к бактериальному ожогу, вызываемомуErwinia amylovora.

Груша. У этой культуры получены растения, несущие трансген аттацина насекомого сатурнии, контролирующий устойчивость к бактериальному ожогу.

Абрикос и слива. Получены растения этих культур, содержащие в геноме трансген белка оболочки вируса скрытой мозаики, контролирующей устойчивость к вирусу оспы сливы (шар-ки).

Персик. Работа по трансформации этой культуры показала, что ткани различных частей растения персика чувствительны к 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.