Download
1 / 14
E N D
През последните години се наблюдава изключително бързо развитие в областта на генното инженерство, благодарение на все по-задълбоченото разбиране на структурата и функциите на дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК), която представлява кодирана двойна спирала, изграждаща гените. Терминътгенно инженерство, често срещащ се и катогенна технология, генно модифициране или генна манипулация,се използва за описване на процеса, при който генотипа (съвкупността от всички гени в организма) може да бъде променен чрез“рекомбинантна ДНК технология”. Този процес включва използването на лабораторни пособия и методи за въвеждане, изменение и сегментиране на части от ДНК, които включват един или повече интересуващи ни гени. Способността за манипулиране на отделни гени и преносът им между видове организми, които не могат лесно да се кръстосват помежду си, е основната характеристика, която отличава генното инженерство от традиционната растителна селекция
За разлика от традиционната селекция, генното инженерство позволява директния пренос на един или няколко гени между повече или помалко близкородствени видове. Не всички техники, използвани при генното инженерство, включват пренос на ДНК от други организми. Растенията могат да бъдат изменени и чрез преместване или “изключване” на собствени гени
Природата си има своя естествен “генен инженер” “Споделянето” на ДНК между живите организми е добре документирано като природен феномен. В течение на хилядолетия гени са преминавали от едни организми в други. Например почвената бактерия Agrobacterium tumefaciens, известна като “генния инженер” на Природата, притежава естествената способност да модифицира растенията. Бактерията причинява заболяване при множество широколистни растения (ябълка, круша, праскова, череша, бадем, малина, роза), изразяващо се във формирането на гали (големи тумороподобни подутини) върху различни части на растението над почвата. Всъщност бактерията пренася части от своята ДНК в растението, които в последствие се интегрират в растителния геном (пълният набор от генетичен материал на растението) и причиняват образуването на растителни тумори и промени в метаболизма (обмяната на веществата) на растението.
Приложение на генното инженерствов растениевъдството Генно-инженерните техники се прилагат единствено когато всички останали техники са изчерпани т.е. когато характеристиката, която трябва да бъде въведена, по принцип не присъства в “зародишната плазма” (пълната съвкупност от наследствен материал на даден вид) на растението; когато дадената черта е много трудно да се подобри чрез методите на традиционата селекция; или когато въвеждането и/или подобряването на тази черта отнема много дълго време. (Фиг.1). Модерната растителна селекция е мултидисциплинарен и координиран процес, в който се използват и обединяват множество способи и елементи от конвенционалната селекция, биоинформатиката, молекулярната генетика, молекулярната биология и генното инженерство.
Процесът на генно инженерство изисква успешното извършване на серии от 5 стъпки Стъпка 1. Екстракция на нуклеинова киселина (ДНК/РНК) Стъпка 2. Клониране на гени Стъпка 3. Конструиране на гена Стъпка 4. Трансформация Стъпка 5. Обратно кръстосване
видео Стъпка 1. Екстракция на нуклеинова киселина (ДНК/РНК) Екстракцията на нуклеинова киселина, била тя ДНК или РНК е първата стъпка в генно-инженерния процес. Ето защо е необходимо наличието на надеждни методи за изолирането на този компонент от останалите в клетката. Във всяка процедура на изолиране първоначално се пристъпва към разрушаването на организма-вирус, бактерия, или на част от него - растителни клетки, за да може да се екстрактира (извлече) нуклеиновата киселина. След серия от химични и биохимични третирания, екстрактираната нуклеинова киселина може да бъде преципитирана (утаена) под формата на нишковидни, влакнести кълба от съответна ДНК или РНК.
видео Стъпка 2. Клониране на гени Втората стъпка в генно-инженерния процес е клонирането на гени.При ДНК екстракцията, описана в Стъпка 1, цялата налична ДНК на избрания организъм се извлича наведнъж. Чрез генното клониране, желаният ген или набор от гени може да бъде изолиран от останалата ДНК, като след това масово се намножава в хиляди копия. Съществуват основно четири етапа във всеки експеримент по клониране, включващи създаване на ДНК фрагменти, присъединяването им към вектор, умножаването им в клетка-гостоприемник и селекция на избраната секвенция (ДНК последователност).
видео Стъпка 3. Конструиране на гена След клонирането на представляващият интерес ген, той трябва да бъде свързан с ДНК фрагменти, които да контролират работата на гена след включването му в растителния геном. Тези ДНК фрагменти ще “включват” (нар. се промотори) или “изключват” експресията (изявата) на вмъкнатия ген. Конструирането на гена се осъществява чрез заместване на съществуващия промотор с нов и включването на маркерен ген със селективни функции. Промоторите определят характерна експресия на гените. Например, някои промотори позволяват непрекъсната експресия на вмъкнатите гени, докато други само през определени етапи от растежа на растенияте, в определени растителни тъкани или като отговор на различни въздействия на околната среда. Количеството на продукта, кодиран от съответния вмъкнат ген, също се контролира от промотора. Някои промотори са “слаби”, а други – “силни”. Контролът на генната експресия осигурява голямо предимство. Маркерните гени със селективна функция също обикновено са свързани с вмъкнатия ген, за улесняване неговата детекция след въвеждането му в растителните тъкани. Тези маркерни гени улесняват подбора на клетките, които успешно са включили интересуващия ни ген в собствения си генетичен материал, спестявайки по такъв начин значителни разходи и усилия на изследователите. Съвременните генни инженери използват маркерни гени, определящи устойчивост към антибиотици, за откриване на растителните тъкани с успешно въведен ген. Тези клетки, които оцеляват в среда с повишено съдържание на съответния антибиотик, съдържат в своята ДНК въведения от изследователите ген. Поради загриженост, че използването на маркерни гени с антибиотична устойчивост може да предизвика повишена резистентност към антибиотици при животните и човека, в момента са предпочита използването на маркери за устойчивост към лекарствени препарати, които не се използват широко в медицината. В допълнение се създават алтернативни варианти за маркерни гени. След като интересуващият ни ген се “пакетира” заедно с промотора и съответния маркерен ген, така полученият конструкт се въвежда в бактерия, която се използва за получаването на множество копия от този генен конструкт.
видео Стъпка 4. Трансформация След създаването на конструкта (генът с желаната характеристика, съответния промотор и маркерен ген), той може да бъде въведен в съответната растителна клетки, което води до нейната модификация. Процесът се нарича трансформация. Най-често използваните методи за въвеждане на генния конструкт в растителните клетки включват: биолистична трансформация чрез изпозлването на “генна пушка” или трансформация с помощта на почвената бактерия Agrobacterium tumefaciens Основна цел на всяка процедура на трансформация е въвеждането на избрания ген в ядрото на клетката, без това да наруши жизнеспособността й. Ако въведеният ген функционира и определяният от него продукт се синтезира, тогава растението се нарича трансформирано или модифицирано. Ако въведеният ген се окаже стабилен и се предава и експресира в следващите поколения, растението се счита за трансгенно.
видео Стъпка 5. Обратно ръстосване Обратното кръстосване е последната стъпка при създаването на генно-инженерни растения. То се осъществява чрез кръстосване на трансгенното растение с с елитни линии растения посредством методите на традиционната селекция. Този процес позволява получаването в поколението на комбинация от желаните характеристики на елитния и трансгенния родител. Първото поколение след това повторно се кръстосва с елитната линия за получаването на високопродуктивна трансгенна линия. Времето за създаване на трансгенно растение зависи от въведения ген, от вида растение, наличните ресурси и регулаторното одобрение. Периодът варира от 6 до 15 години, за който нов трансгенен хибрид е готов за комерсиално използване.
Трансгенни растения, одобрени за комерсиално отглеждане Наблюдава се значително увеличаване на световните площи с трансгенни (генно модифицирани) растения за периода от 1996-2002г. Близо 60 милиона хектара са засети през 2002г. с трансгенни растения с голямо икономическо занчение като: устойчиви на хербициди соя, царевица, рапица, памук; устойчиви на насекоми царевица и памук; устойчиви на вируси папая и тиква. Чрез генното инженерство е възможно въвеждането на повече от една черта в даденото растение. Такива трансгенни растения с комбинация от черти също са одобрени за комерсиално отглеждане. Това са царевица и памук с хербицидна устойчивост и устойчивост към насекоми-вредители
Нови и бъдещи инициативи в генното инженерство при растенията До момента комерсиално използваните ГМ растения демонстрират предимствата си в земеделската продукция, но съществуват и множество продукти в процес на завършване, които ще допринесат директно за подобряване качеството на храните, опазването на околната среда, производството на лекарства и за не-хранителни цели. Примери за такива продукти са ориз с повишено съдържание на желязо и β -каротен (важен микроелемент, който в човешкия организъм се превръща във витамин А); банан с ускорено зреене, което позволява по ранното събиране на реколтата; царевица с подобрена фуражна стойност; домати с повишено съдържание на флавонови съединения с антиоксидантно действие; царевица, устойчива на засушаване; растения, толерантни към замърсени с арсеник почви; ваксини, които могат да се поемат чрез консумираните плодове и зеленчуци; дървета с понижено съдържание на лигнин за производството на хартия.
Източници: • http://croptechnology.unl.edu/download.cgi • http://bgbic.abi.bg/biotechnology/plant_biotechnology_applications_2_bg.php
