6.8.1.9.Устойчивость растений к фитопатогенам

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). Из них наиболее изучены ферменты хитиназы и р-1,3-глюконазы, которые угнетают рост грибов и некоторых видов бактерий, раз­рушая их клеточные стенки. 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 траисген-ные растения, устойчивые к грибной, бактериальной и вирусной инфекции. Так, гены хитиназы и глюконазы кодируются одиноч­ными генами. Благодаря этому были получены трансгенные рас­тения табака и турнепса, в состав генома которых ввели ген хитиназы. Лабораторные и полевые испытания выявили большую ус­тойчивость трансгенных растений. В растения томатов был введен ген защитных пептидов редьки (дефензинов) rs, отвечающих за устойчивость к фитопатогенным грибам. Наконец, перспективны клонирование и перенос генов, кодирующих специфические бел­ки (small antibiotic-like proteins), содержащиеся в семенах многих растений. Эти белки защищают семена в период покоя и во время прорастания от грибных и бактериальных инфекций.

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).

Еще одна группа методов получения трансгенных растений, устойчивых к действию фитовирусов, включает введение и эксп­рессию генов антивирусных антител, вирусных сателлитных РНК. Интересный эффект дало введение в геном растений гена челове­ческого интерферона JFN — одного из ключевых белков индук­ции иммунитета у млекопитающих. С помощью вируса мозаики цветной капусты геном интерферона были трансформированы ра­стения турнепса, табака, картофеля, что повысило устойчивость этих растений к вирусным заболеваниям. Однако в настоящее вре­мя более перспективными считаются методы, основанные на ис­пользовании растительных генов, обусловливающих высокую ус­тойчивость трансформации растений и низкую устойчивость к фи-топатогенам.

6.8.1.10.Устойчивость растений к гербицидам

В настоящее время в сельском хозяйстве широко используют гербициды — химические соединения, применяемые для уничто­жения сорной растительности. Гербициды широкого спектра дей­ствия могут не только уничтожать сорняки, но и угнетать рост культурных растений. В связи с этим возникает необходимость в создании растений, устойчивых к этим веществам. Существует два подхода к решению этой проблемы: прямая селекция устойчивых к гербицидам мутантных форм растений, или мутантных клеточ­ных штаммов (клеточная селекция), и генно-инженерный метод, который состоит во введении в растения генов гербицид-резис­тентности растительного или бактериального происхождения.

Изучение механизмов устойчивости служит основой для со­здания трансгенных растений. Оно включает четыре основных этапа: выявление мишеней действия гербицидов в клетке растений; от­бор растений, устойчивых к данному гербициду в качестве источника генов резистентности; идентификация и клонирование этих генов; изучение их экспрессии для использования в трансгенных конструкциях.

Благодаря использованию методов генетической инженерии были созданы новые, устойчивые к различным гербицидам сельскохо­зяйственные культуры. В геном этих культур вводились мутантные гены, кодирующие синтез ферментов, на которые гербициды (ат-разин, бромоксилин, имидазол) не оказывают негативного дей­ствия. Например, растения лядвенца рогатого {Lotus corniculatus) были трансформированы с помощью штамма А281/рСВЕ21. Эта бактерия содержит плазмиду со встроенным геном bar, кодирую­щим фермент, придающий устойчивость к гербициду биалофосу. Трансгенные растения содержали ген bar и были невосприимчи­вы к гербициду (А.М.Стефанович, Г.Н.Ралдугина, 1999). Однако в тканях таких растений наблюдается накопление гербицидов, и использовать эти растения можно только в технических целях. Вме­сте с тем было показано, что введение генов, кодирующих другие ферменты, позволяет проводить детоксикацию гербицидов, со­здавая, таким образом, растения, пригодные в пищу. Так, деток-сикация действующего вещества гербицида 2,4-D осуществляется при переносе в растение гена монооксигеназы, глифосата — при введении гена фосфонатазы, бромоксилина — гена нитрилазы.