Применение методов генетической инженерии для улучшения хозяйственных свойств растений.

В большинстве случаев запасные белки растений имеют несбалансированный для питания человека и животных аминокислотный состав. Так, запасные белки злаков — проламины — бедны лизином, триптофаном и треонином, что снижает их питательную и кормовую ценность. Улучшение аминокислотного состава белка путем традиционной селекции не дает желательных резуль­татов, поскольку необходимые гены часто сцеплены с нежелательными признаками и наследуются вместе. Например, у мутан­тов кукурузы и ячменя повышение содержания лизина коррели­ровало с уменьшением синтеза запасных белков и с уменьшением урожайности. Генно-инженерные методы более перспективны для создания улучшенных сортов, так как позволяют избирательно вводить в геном растения-реципиента гены искомого признака.

Операции по получению трансгенных растений с улучшенным аминокислотным составом белка разделены на ряд этапов: 1) клонирование генов запасных белков; 2) изучение механизмов тканеспецифичной и временной экспрессии белков и выявление последовательностей ДНК, определяющих данный механизм; 3) целенаправленное из­менение последовательностей генов запасных белков для улучше­ния аминокислотного состава; 4) создание векторных конструкций, содержащих измененный ген; 5) введение модифицированных генов в растения.

В настоящее время клонированы 10 генов гордеинов ячменя, гены α- и β-глиадинов и глютенина пшеницы, зеинов кукурузы, легумина бобовых, пататина картофеля и ряд других. Имеются практические результаты трансформации растений. Так, введение в геном пшеницы модифицированного гена проламина привело к активному синтезу модифицированного белка, а также повлияло на состав и уровень соответствующих запасных белков. В итоге улуч­шилось хлебопекарное качество пшеничной муки.

Томаты, после того как достигают стадии зрелости, постепенно теряют упругость, становятся мягкими и загнивают. Это происходит из-за того, что находящийся у них в межклеточном пространстве пектин расщепляется под действием фермента полигалактуроназа. В ходе создания трансгенного сорта томатов генетики использовали так называемый феномен «замолкания», который происходит в результате введения в растения дополнительной копии структурного гена. В случае с томатами была произведена вставка антисмысловой (перевернутой) конструкции гена полигалактуроназы. В результате у полученного сорта Flavr Savr фермент полигалактуроназа образуется в пониженном количестве. Вследствие этого пектин разрушается значительно медленнее и зрелые томаты продолжительное время сохраняются в хорошем состоянии.

Сходным способом были созданы и трансгенные сорта картофеля с повышенным качеством крахмала. Чем меньше в крахмале полисахарида амилозы и больше амилопектина, тем выше качества крахмала. После успешного введения в картофель дополнительной копии гена амилозы (также в антисмысловой форме) этот менее ценный полисахарид в крахмале полученных трансгенных растений практически исчез.

В последние годы проведены работы по получению трансгенных масличных растений с измененным содержанием жирных кислот. Так в сою встроили ген, кодирущий антисмысловую конструкцию фермента омега-3 десатуразы, катализирующий синтез линоленовой кислоты из линолевой. Трансгенные растения характеризовались пониженным содержанием линолевой и повышенным – ценной олеиновой кислоты.