Історія. Генетично модифіковані рослини - це рослини, ДНК яких модифіковане шляхом застосування генетично інженерних методів

Методи

Генна інженерія

Генна інженерія

Трансгенні рослини

Генетично модифіковані рослини - це рослини, ДНК яких модифіковане шляхом застосування генетично інженерних методів. Основною ціллю створення ГМ рослин є представлення нових сортів із специфічними ознаками, які не притаманні для рослин цього виду. Прикладом таких ознак можуть бути стійкість до різного роду гербіцидів, шкідників, стійкість до несприятливих умов зовнішнього середовища (солестікість, засухостійкість тощо) чи набуття нових якостей харчового значення. Найпоширенішими методами, які дозволяють здійснити привнесення чужорідної ДНК-конструкції в геном рослини, є біолістичний метод та використання Ті-плазміди відAgrobacterium tumefaciens. Під час біолістичного методу використовуються золоті або вольфрамові частинки (носії) діаметром 0,4 - 1,2 мкм із закріпленою на них специфічною ДНК-конструкцією. Такими частинками здійснюється "обстріл" під високим тиском рослинної тканини чи поодиноких клітин. Таким чином, носії проникають в середину клітини. Цей метод був успішно використаний для багатьох сільськогосподарських культур. Особливо метод біолістики ефективно використовується при модифікуванні однодольних рослин, таких як пшениця, кукурудза та ін. Для трансформування дводольних рослин найчастіше використовують агробактеріальну трансформацію, розроблену на основі природного процесу. Ґрунтова бактерія A. tumefaciens здатна інфікувати дводольні рослини, викликаючи утворення пухлин - "корончасті галли". Під час інфікування відбувається вбудовування в геном рослинної клітини специфічного сегменту бактеріальної плазмідної ДНК - Т-ДНК (від англ. transferred DNA). Т-ДНК - частина плазміди, яка індукує розвиток пухлини; її несуть більшість штамів A. tumefaciens. Під час інфікування агробактерією рослинної клітини транспортування Т-ДНК відбувається за тим же принципом, що й у випадку перенесення плазмідної ДНК з донорської клітини до реципієнтної під час процесу кон'югації.

Ге́нна інжене́рія — це біотехнологічний прийом, спрямований на конструювання рекомбінантних молекул ДНК на основі ДНК, взятої з різних джерел.

Генна інженерія ґрунтується на молекулярній біології, яка дає можливість вносити зміни в молекулярну взаємодію основних біологічних молекул у клітині й поза нею.

Біологи оволоділи методами, які дають можливість маніпулювати біологічними молекулами, досліджувати і змінювати їхню структуру. За рахунок змін в основних біологічних молекулах ДНК є можливість створювати варіанти живих систем, які не виникають в результаті природної еволюції.

Технології одержання рекомбінантних молекул ДНК і клонування (розмноження) генів передували методи, за допомогою яких молекулу ДНК розщеплюють на фрагменти, модифікують і знову реконструюють в одне ціле. При цьому мають багато копій цієї молекули. Потім, використовуючи цю рекомбінантну молекулу, можна синтезувати молекули РНК і одержати білок з певними якостями і властивостями.

Слід зазначити, що чіткої різниці між молекулярною біологією і генною інженерією немає. Пояснюється це тим, що біотехнологія (в даному випадку генна інженерія) використовує методи, розроблені молекулярною біологією.

Вивчення загальних біохімічних властивостей клітинної ДНК не давало можливості визначити особливості її генетичної структури. Вирішенню цього питання сприяли два методи молекулярної біології. Перший метод — відкриття гідролітичних ферментів (рестриктаз рестрикційних ендонуклеаз), які в певних місцях розщеплюють ДНК на фрагменти, що мають специфічну нуклеотидну послідовність молекули ДНК. Рестриктази одержують з бактеріальних клітин.

Ферменти рестриктаз гідролізують нуклеотидні послідовності, в результаті чого мають фрагменти ДНК. їх може бути від кількох сотень до кількох тисяч і більше пар, вони розрізняються за молекулярною масою. Фрагменти виділяють в ізольованому вигляді за допомогою електрофорезу в гелі, а потім аналізують.

Другим методичним прийомом є визначення нуклеотидної послідовності фрагментів ДНК, які одержують за допомогою рестриктаз у макромолекулі ДНК.

Близько 50 років тому було експериментально встановлено, що молекула ДНК є носієм спадковості. Вивчення спадковості на молекулярному рівні дало можливість з'ясувати, що в ДНК запрограмована «інструкція» щодо синтезу необхідних білків організму.

Пізніше було виявлено, що «інструкція» записана відповідно до послідовності розміщення нуклеотидів у ДНК і згідно з цим записом синтезується білок речовин, які беруть участь у синтезі.

При визначенні послідовності нуклеотидів або повному прочитуванні генетичної інформації в ДНК було багато проблем. Для невеликої молекули — транспортної РНК (тРНК), завданням якої є транспортувати частини білків — амінокислоти до місця збирання білка, проблема нуклеотидної послідовності була вирішена ще в 1965 р. групою американських вчених. Вони опрацювали принципи і методи, за допомогою яких можна визначити послідовність розміщення нуклеотидів у тРНК.

Молекули ДНК містять багато нуклеотидів. Навіть маленькі молекули включають їх понад 5000. Так, в одній з найменших вірусній ДНК фагу ФХ174 є 5375 нуклеотидів. В тРНК їх приблизно 80. У 1975 р. була опублікована стаття англійських вчених Ф. Сенгера і А. Коулсона, де йшлося про новий метод аналізу ДНК. Після цієї статті менш ніж через два роки були опубліковані результати визначення повної послідовності нуклеотидів ДНК фагу ФХ174.

Послідовність розміщення нуклеотидів у ДНК позначають початковою буквою назви нуклеотиду: аденін — А, цитозин — Ц, гуанін — Г, тіамін — Т. Так, навіть для запису послідовності нуклеотидів маленької ДНК фагу ФХ174, яка має 5375 нуклеотидів, потрібно близько трьох сторінок машинопису.

Пари азотистих основ формують різні інформаційні блоки, кількість яких у геномі (сукупності всіх генів хромосоми організму) становить 50—100 тис.

Одночасно з визначенням послідовності розміщення нуклеотидів у молекулі ДНК на прикладі вірусів були визначені ділянки, які не входять до структури гена, не кодують білки, але беруть участь у регуляції експресії генів і самовідтворенні (реплікації) вірусної ДНК.

У молекулярній біології розроблено методи виділення генів донорських організмів, уведення їх у векторну молекулу і одержання гібридних (рекомбінантних) ДНК, забезпечення їхнього самовідтворення (реплікації), переносу в організм реципієнта (клітину-господаря) і забезпечення відчутності дії (експресії) чужих генів.

Для перенесення генів, яких немає в клітині-реципієнті, використовують переносники (вектори) генів — плазміди (епісоми) — невеликі кільцеві молекули ДНК, здатні до стабільного, не пов'язаного з хромосомами існування і реплікації. Плазміди можуть також бути в геномі клітини-господаря, в хромосомі. Вони є в цитоплазмі бактеріальних клітин деяких дріжджів. Автономне існування їх зумовлене тим, що їхнє розмноження не залежить від розмноження хромосом. Розмір їх різний, і тому розмір генетичної інформації в них теж неоднаковий. За рахунок реплікації кількість копій плазмід регулярно збільшується і вони рівномірно розподіляються між потомством клітини, яка ділиться.

Рекомбінантні молекули ДНК використовуються і будуть використовуватися в роботі з мікроорганізмами для виробництва різних цінних речовин у медицині, біохімічній промисловості, сільському господарстві. Зокрема добутки генної інженерії використанні для створення нових типів вакцин - рекомбінантних і ДНК-вакцин, а також лікування генетичних дефектів, які раніше не можливо було виправити. Велике значення при цьому має метод клонування генів.

Технологія конструювання рекомбінантних ДНК є одним з найважливіших досягнень біотехнології. Стосовно рослинництва вона має велике майбутнє у створенні сортів і гібридів з корисними біологічними та екологічними властивостями. Це — високі врожайність і якість врожаю, стійкість проти хвороб, шкідників, бур'янів, здатність до активної азотфіксації, одночасність дозрівання, посухостійкість, високий коефіцієнт засвоєння ФАР (висока продуктивність) та ін.

Дата добавления: 2015-05-24