18. Устойчивость растений к фитопатогенам и насекомым вредителям, гербицидам, абиотическим стрессам.

Гербициды в сельском хозяйстве применяются для борьбы с сорняками. Они способны подавлять рост не только сорных растений, но и культурных. Создание растений, устойчивых к гербицидам, позволяет решить проблему борьбы с сорняками. При обработке гербицидами посевов культур, устойчивых к ним (гербицидам), сорняки будут избирательно подавляться, а культурные растения будут нормально развиваться.

Устойчивость к гербицидам можно достичь за счет:

• снижения проникновения гербицида в растение;

• инактивации гербицида в растении;

• изменения структуры белка (или фермента), на который гербицид оказывает повреждающее действие. В результате такого изменения белок (или фермент) оказывается полностью или в значительной степени не чувствительным к гербициду;

• усиленного синтеза белка (или фермента), чув-ствительного к гербициду. В этом случае повышенное содержание белка (или фермента) нивелирует действие гербицида.

Устойчивые к насекомым-вредителям

Бактерия Bacillusthuringiensis продуцирует протоксин (Bt-протеин), являющийся токсичным белком для насекомых. Попав в пищеварительный тракт насекомого, молекула протоксина подвергается модификации и превращается в токсин. Токсин образует поры в клетках кишечника насекомых, что приводит к их лизису. Насекомое при этом погибает. Так же были выделены гены Bt-протеинаиз различных штаммов, для создания трансгенных растений, устойчивых к насекомым-вредителям (картофель, кукуруза, соя). Для получения трансгенных растений, устойчивых к насекомым-вредителям, могут быть использованы гены ингибиторов амилаз и протеаз. Насекомые, поедающие трансгенные растения, продуцирующие такие ингибиторы, не способны переваривать пищу, потому что ингибиторы будут подавлять пищеварительные ферменты и тем самым препятствовать гидролизу крахмала и растительных белков.

Устойчивые к фитопатогенам

Грибковые и бактериальные заболевания являются причиной существенных потерь урожая. С помощью методов генной инженерии возможно создание трансгенных растений, устойчивых к патогенным грибам и бактериям. После проникновения патогенных организмов в клетки растений в них (растениях) образуются специфические белки, воздействующие на патогены. К таким белкам относятся хитиназа, -1,3-глюканаза, тауматин, ингибиторы протеаз. Гены этих белков можно использовать для создания трансгенных растений.

Большой ущерб приносит урожаю картофеля бактерия Erwiniacarotovora. С целью защиты картофеля в его геном был введен ген лизоцима (разрушает клеточную оболочку бактерий) бактериофага Т4. К гену был пришит промотор вируса мозаики цветной капусты, сигналы терминации и полиаденилирования и сигнальный пептид амилазы ячменя. Промотор обеспечивал транскрипцию, а сигнальный пептид – секрецию лизоцима в межклеточное пространство, в которое проникает патогенная бактерия.

Устойчивостьк стрессовым условиям

В процессе жизненного цикла растения подвергаются воздействию различных неблагоприятных факторов окружающей среды: высоких и низких температур, засухи, засоления почв и т.д. Некоторые из растений приспособились преодолевать их негативное воздействие, другие – нет. Неблагоприятные факторы могут существенно снизить урожайность сельскохозяйственных культур. С использованием методов генной инженерии возможно повысить устойчивость у растений к стрессовым условиям.

Можно повысить устойчивость растений к пониженным температурам. Бактерии Pseudomonassyringaeсосуществуют с растениями и способствуют повреждению растений заморозками. В клетках этого микроорганизма синтезируется белок, молекулы которого находятся во внешней мембране и являются центром кристаллизации льда. Формирование кристаллов льда является фактором, определяющим повреждение тканей растений. Известны мутанты этих бактерий, потерявшие способность синтезировать этот белок. Растения с такой микрофлорой оказались более устойчивыми к заморозкам.

Одним из веществ, способных защитить растения от засухи или при высокой засоленности, является бетаин. Он способствует поглощению и удерживанию воды растением.