Устойчивость растений к фитопатогенам

Усвоения азота

Генно-инженерные подходы к решению проблемы

Азот — один из самых необходимых элементов для растений. Его недостаток в почве или питательном субстрате часто приводит ра­стение к гибели, поэтому в первую очередь необходимо внесение в почву азотных удобрений. Однако их производство требует очень больших энергетических затрат, поэтому оно дорогостояще. Сто­имость азотных удобрений в 6 раз выше стоимости фосфорных удоб­рений и в 16 раз выше стоимости калийных удобрений. При этом растения используют только от 30 до 70 % внесенных в почву до­ступных форм азота, остальное просто вымывается из почвы, за­грязняя окружающую среду. Гораздо более естественно и доступно снабжение растений азотом путем его биологической фиксации.

Фиксация атмосферного азота (диазотрофность) — свойство прокариотических организмов.

Азотфиксирующие организмы де­лятся на симбиотические (90 %) и свободноживущие (10 %). Фик­сация атмосферного азота связана преимущественно с симбиотическими микроорганизмами. В настоящее время известны четыре основные системы симбиоза, имеющие большое значение не толь­ко для естественных сообществ, но и для сельского хозяйства, лесоводства. Это Rhizobia — бобовые растения, Azolla-Anabaena — рис, Actinomyces — деревья, Spirillum — травы. Атмосферный азот фиксируется благодаря уникальному ферменту — нитрогеназе.

В 1960 г. американские исследователи показали, что нитрогеназа сохраняет свою активность в бесклеточных экстрактах Clostridium pasteurianum. Это послужило толчком для начала активных иссле­дований биохимии азотфиксации, структуры и механизма дей­ствия нитрогеназы. К 1981 г. нитрогеназа была выделена из 36 ви­дов микроорганизмов.

В настоящее время внимание ученых привлекают проблемы вве­дения генов азотфиксации в клетки растений; создания ризоценозов между небобовыми растениями (особенно злаками) и азотфиксирующими организмами; повышения мощности корневой систе­мы бобовых растений для увеличения на ней количества клубень­ков. Кроме того, предполагается создание новых азотфиксирующих систем путем введения азотфиксирующих микроорганизмов в каллусные ткани растений с поcл едущим образованием из них растений-регенерантов, а также повышение эффективности фиксации азота путем воздействия на гены, контролирующие этот процесс.

Наибольший урон растениям наносят грибные, бактериальные и вирусные патогены. В растении существуют защитные механиз­мы, которые в большей или меньшей степени (в зависимости от устойчивости растений) начинают действовать в ответ на про­никновение фитопатогенов в клетку.

Во-первых, начинается син­тез соединений, вызывающих гибель патогенов. Примером могут служить специфические белки PRP (pathogen related proteins).

Во-вторых, могут создаваться струк­турные барьеры, препятствующие распространению инфекции. Это достигается благодаря лигнификации клеточных стенок. Той же цели — защите клеток — служит присутствие в клеточных стенках белков-экстенсинов и олигосахаридов.

Применение методов генетической инженерии, использующих естественные защитные механизмы, позволяет получать трансген­ные растения, устойчивые к грибной, бактериальной и вирусной инфекции.

Например В растения томатов был введен ген защитных пептидов редьки (дефензинов) rs, отвечающих за устойчивость к фитопатогенным грибам.

Другой подход к получению трансгенных растений, устойчи­вых к вирусной инфекции, состоит во введении в геном исходных растений гена оболочки вируса. Это приводит к ингибированию размножения вируса и снижению инфицированности. Благодаря такому подходу был получен стойкий антивирусный эффект у ра­стений табака, трансформированных геном оболочки вируса та­бачной мозаики (ВТМ).

Дата добавления: 2015-06-25