Улучшение растений и животных на основе клеточных технологий

Выращиваемые на искусственных питательных средах клетки и ткани растений составляют основу разнообразных технологий в сельском хозяйстве.

Одни из них направлены на получение идентичных исходной форме растений (оздоровление и клональное микроразмножение на основе меристемных культур, создание искусственных семян, криосохранение генофонда при глубоком замораживании меристем и клеток пыльцы). Используют искусственное оплодотворение, культуру незрелых гибридных семяпочек и зародышей, регенерацию растений из тканей летальных гибридов, гаплоидные растения, полученные при культивировании пыльников или микроспор.

Другие — на создание растений, генетически отличных от исходных, путем или облегчения и ускорения традиционного селекционного процесса или создания генетического разнообразия и поиска и отбора генотипов с ценными признаками.

Новые формы растений создаются на основе мутантов, образующихся in vitro, и трансгенных растений. Таким путем получены растения, устойчивые к вирусам и другим патогенам, гербицидам, растения, способные синтезировать токсины, патогенные для насекомых-вредителей, растения с чужеродными генами, контролирующими синтез белков холодоустойчивости и белков с улучшенным аминокислотным составом, растения с измененным балансом фитогормонов и т. д.

Трансгенные растения

Цели создания трансгенных растений

Проблемы выращивания сельскохозяйственных растений связаны с перспективой ввода в них генов устойчивости к фитопатогенам, гербицидам, пестицидам, генам скороспелости и др. При получении трансгенных растений предполагается, что полученная растительная клетка приобретает новые свойства, обусловленные присутствием в них генетического материала микроорганизмов. И, наконец, способность растительной клетки in vitro дать начало целому растению открывает возможность направленного изменения растений.

В последние годы опыты по созданию трансгенных растений ведутся особенно полномасштабно битехнологами всех стран. Считается, что в биотехнологии найдут применение трансгенные растительные организмы, разнообразные по своему составу, включающие сочетание представителей разных царств – животного, растительного и мира микроорганизмов.

Искусственное модифицирование генетического материала растений может быть использовано для решения следующих фундаментальных научных проблем:

1. Повышение продуктивности растительной клетки при выращивании в культуре: для производства алкалоидов, гормонов, витаминов, ауксинов, растительных антибиотиков

2. Улучшение экономически важных видов растений: путем создания организмов, способных к фиксации атмосферного азота

3. Повышение устойчивости к грибным, бактериальным и вирусным заболеваниям

4. Повышение устойчивости к гербицидам и фунгицидам

5. Морозостойкость.

Получение трансгенных культур растительных клеток для производства гормонов, витаминов и алкалоидов

Растительные клетки в культуре проводят биосинтез (или биотрансформацию) важных для медицины и ряда отраслей промышленности веществ. Одним из требований рентабельности производства на основе растительных клеток является возможность культивирования на простых по составу питательных средах. Между тем культуры растительных клеток требуют присутствия в среде витаминов, фитогормонов, аминокислот, сахарозы и других веществ.

Серьезным ограничением практического использования культур растительных клеток является энергетическое обеспечение процессов биосинтеза. Растительные клетки в культурах гетеротрофны и обладают ограниченной способностью к фотосинтезу.

Одним из решений данной проблемы могло бы быть введение в эти культуры генов фототрофных микроорганизмов (цианобактерий) или одноклеточных водорослей, содержащих гены, кодирующие фотосистемы и способных осуществлять фотосинтез. Созданы трансгенные организмы кукурузы и табака, содержащие гены цианобактерии Gloeocapsa; табака, содержащего ген фотосистемы I и II цианобактерии Cyanophora; моркови и зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardii; табака и цианобактерии Anabaena variabilis. Полученные культуры тканей растений отличались своими метаболическими возможностями: осуществляли фотосинтез и продуцировали специфический продукт. Однако, такие полученные растительные клетки быстро теряют свои свойства.