Использование методов генетической инженерии в фитобиотехнологии

В генноинженерном эксперименте изолируют конкретный ген, включают его в наследственный аппарат растительной клетки и регенерируют растение с измененным наследственным признаком, которое способно приносить жизнеспособное потомство.

Объединение геномов клеток разных особей осуществляют:

1) половая гибридизации – известна давно, реализуется в природных и искусственных условиях, используется для выведения новых сортов растений и для повышения их продуктивности.

2) соматическая гибридизация – реализуется только в искусственных условиях. При этом соматические клетки предварительно лишают клеточной стенки и трансформируют в протопласты. Протопласты способны сохраняться и метаболизировать, а также реконструировать клеточную стенку в подходящих условиях. Они были впервые получены Дж. Клеркером в 1892 г. из листьев водного растения – телореза.

Протопласты получают следующими методами:

1) механические методы – 0,1% раствором сахарозы добиваются плазмолиза растительных тканей, затем разрезают эпидермис и освобождают протопласты в окружающую питательную среду;

2) биохимические (энзиматические) методы – при этом используют целлюлазы, пектиназы, гемицеллюлазы.

Протопласты используют для регенерации растения или для образования гетерокариотических гибридов. Относительно легко регенерируют из протопластов картофель, люцерна, маниок, рапс, табак.

Первые трансгенные растения были получены в 1983 г. Это – растения табака со встроенными генами из микроорганизмов, устойчивые к вирусной инфекции. Первые успешные полевые испытания этих трансгенных растений были проведены в США в 1986 г. Первые трансгенные продукты появились в продаже в США в 1994 г. (томаты с замедленным созреванием, гербицидустойчивая соя), а через 2 года еще и кукуруза, картофель, табак, рапс, кабачки, редис, хлопчатник. В настоящее время в США генетически модифицированные растения составляют около 50% посевов кукурузы и сои и более 40% посевов хлопчатника.

Первоначально трансгенные растения содержали дополнительные гены устойчивости (к болезням, гербицидам, вредителям, порче при хранении, стрессам). В настоящее время развивается "метаболическая инженерия". При этом ставится задача: научить растение производить новые соединения, используемые в медицине, химическом производстве и других областях.

Вопросы для самоконтроля

1) Что понимают под термином «фитобиотехнология»?

2) Что является объектами фитобиотехнологии?

3) Какие процессы относят к фитобиотехнологическим?

4) Что такое каллус?

5) Что понимают под тотипотентностью растительных клеток?

6) Что такое растения-регенеранты?

7) Охарактеризуете способ вегетативного размножения растений методом культур тканей.

8) Охарактеризуйте способ поверхностного культивирования клеток растений.

9) Охарактеризуйте закрытую систему культивирования растительных клеток в глубинных условиях.

10) Охарактеризуйте открытую (проточную) систему культивирования растительных клеток в глубинных условиях.

11) Когда было впервые осуществлено крупномасштабное выращивание культур клеток растений?

12) Для каких целей используют суспензионные культуры клеток растений?

13) Какие методы иммобилизации клеток растений известны?

14) Какие преимущества имеют иммобилизованные клетки перед каллусными и суспензионными культурами?

15) Какие типы систем культивирования иммобилизованных клеток известны?

16) В чем заключается принцип криосохранения?

17) Какие операции проводят перед криосохранением культур клеток растений?

18) Каким образом проводят закаливание культур клеток растений на холоду?

19) С какой целью в культуру клеток растений вносят криопротекторы?

20) Какие вещества используют в качестве криопротекторов?

21) Как проводят охлаждение культур клеток растений при криосохранении?

22) Как проводят размораживание ампул с культурами клеток растений после криосохранения?

23) Как проверяют клетки растений на жизнеспособность после длительного хранения?

24) В чем заключается принцип генно-инженерного эксперимента при создании растений с новыми признаками?

25) Каким образом осуществляют объединение геномов клеток разных особей?

26) Что такое протопласты и какими методами их получают?

27) Какие трансгенные растения уже созданы?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Блинов, В.А. Общая биотехнология: Курс лекций. В 2-х частях. Ч. 2. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский СГАУ», 2004. – 144 с. – ISBN 5-7011-0436-2

2. Генетически модифицированные растения и продукты питания: реальность и безопасность. Аналитический обзор [Электронный ресурс]. – М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. – 200 с. – ISBN: 5-7367-0543-5 – Доступ с сайта научной библиотеки СГАУ – ЭБС IPRbooks

3. Глик, Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. / Б. Глик, Дж. Пастернак.– М: Мир, 2002. – 589 с.

4. Елинов, Н.П. Основы биотехнологии / Н.П. Елинов. – СПб.: Наука, 1995. – ISBN 5-02-026027-4

5. Клунова, С.М. Биотехнология: учебник / С.М. Клунова, Т.А. Егорова, Е.А. Живухина. – М.: Академия, 2010. – 256 с. – ISBN 978-5-7695-6697-4

6. Сельскохозяйственная биотехнология / Шевелуха В.С. и др. – М.: Высшая школа, 2003. – 427 с. – ISBN: 5-06-004264-2

7. Тарантул, В.З. Толковый биотехнологический словарь русско-английский: справочное издание [Электронный ресурс] / В.З. Тарантул. – М.: Языки славянских культур, 2009. – 936 с. – ISBN: 978-5-95-51-0342-6 – Доступ с сайта научной библиотеки СГАУ – ЭБС IPRbooks

Дополнительная

1. Биотехнология: учебное пособие для вузов, в 8 кн., под ред. Егорова Н.С., Самуилова В.Д. – М., 1987.

2. Журнал «Биотехнология» (аннотации статей) (ссылка доступа – http://www.genetika.ru/journal)

3. Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» (ссылка доступа – http://cbio.ru)

4. Оn-line-журнал «Биотехнология. Теория и практика» (ссылка доступа – http://www.biotechlink.org)

Лекция 5