6. Стійкість рослин до фітопатогенів

Найбільшої шкоди рослинам наносять грибні, бактеріальні та вірусні патогени. В рослині існують захисні механізми, котрі в більшій чи меншій мірі (в залежності від стійкості рослини) починають діяти у відповідь на проникнення фітопатогенів в клітину. По-перше, починається синтез з’єднання, викликаючи загибель патогенів. Прикладом можуть бути специфічні білки PRP(pathogen related proteins). З них найбільш вивчені ферменти хітиінази та -1,3 –глюконази, які пригнічують ріст грибів та деяких видів бактерій, руйнуючи їх клітинні стінки. По-друге, можуть створюватися структурні бар’єри, що перешкоджають поширенню інфекції. Це досягається завдяки лігніфікації кліткових стінок. Тій самій меті слугує присутність в клітинних стінках білків-екстенцинів та олігосахаридів.

Застосування методів генетичної інженерії, використовуючи природні захисні механізми дозволяє отримувати трансгенні рослини, стійкі до грибкової, бактеріальної та вірусної інфекції. Так, гени хітінази та глюконази кодуються одиночними генами. Завдяки цьому були отримані трансгенні рослини тютюну, турнепса, до складу геному яких ввели ген хитинази. Лабораторні та польові випробування виявили велику стійкість транс генних рослин. В рослини томатів був введений ген захисних пептидів редьки (дефензинів) rs, що відповідаює за стійкість до фітопатогенних грибів. Нарешті, перспективні клонування та переніс генів, які кодують специфічні білки ( small antibiotic-like proteins), що містяться у насінні багатьох рослин. Ці білки захищають насіння в період спокою та в час проростання від грибних та бактеріальних інфекцій.

Інший підхід для отримання трансгенних рослин, стійких до вірусної інфекції, полягає у введенні в геном вихідних рослин гена оболонки вірусу. Це призводить до інгибування розмноження вірусу та зниження інфікованості. Завдяки такому підходу був отриманий стійкий антивірусний ефект у рослин тютюну, трансформованих геном оболонки віруса тютюнової мозаїки (ВТМ).

Ще одна група методів отримання транс генних рослин, стійких до дії фітовірусів, включає введення та експресію генів антивірусних антитіл, вірусних сателітних РНК. Цікавий ефект дало введення в геном рослини гену людського інтерферону JFN – одного з ключових білків індукції імунітету ссавців. За допомогою вірусів мозаїки кольорової капусти геном інтерферону були трансформовані рослини турнепсу, тютюну, картоплі, що збільшило стійкість цих рослин до вірусних захворювань. Однак в даний час більш перспективними вважаються методи, засновані на використанні рослинних генів, що обумовлюють велику стійкість трансформації рослин й низьку стійкість до фітопатогенів.

6. Стійкість рослин до пестицидів

У даний час у сільському господарстві широко використовують гербіциди – хімічні з’єднання, що застосовуються для знищення засміченої рослинності. Гербіциди широкого спектру дії можуть не тільки знищувати бур’яни, але й пригнічувати ріст культурних рослин. В зв’язку з цим виникає необхідність у створенні рослин, стійких до цих речовин. Існують два способи вирішення цієї проблеми: пряма селекція стійкості до гербіцидів мутантних форм рослин чи мутантних квіткових штамів (клітинна селекція) та генно-інженерний метод, який полягає у введені в рослини генів гербіцид-резистентності рослинного або бактеріального походження.

Вивчення механізмів стійкості є основою для створення трансгенних рослин. Воно включає чотири основних етапи: виявлення мішені дії гербіцидів в клітині рослин; відбір рослин, стійких до даного гербіциду в якості джерела генів резистентності; ідентифікації та клонування цих генів; вивчення їх експресії для використання в трансгенних конструкціях.

Завдяки використанню методів генетичної інженерії були створені нові, стійкі до різних гербіцидів, сільськогосподарські культури. В геном цих культур вводились мутантні гени, які кодують синтез ферментів, на які гербіциди (атразин, бромоксилін, імідазол) не здійснюють негативної дії, наприклад, рослини лядвенця рогатого (Lotus corniculatus) були трансформовані з допомогою штамма А281/р СВЕ21. Ця бактерія містить плазмиди з вбудованим геном bar, який кодуює фермент, що надає стійкость до пестициду біалофосу. Трансгенні рослини містили ген bar та були несприйнятні до пестициду (А. М. Стефанович, І. Н. Ралдугина, 1999). Однак в тканинах таких рослин спостерігається накопичення гербіцидів і використовувати ці рослини можна тільки в технічних цілях. Разом з тим було показано, що введення генів, які кодують інші ферменти, дозволяє проводити детоксикацію гербіцидів, створюючи таким чином рослини, які придатні до вживання. Так, детоксикація діючої речовини гербіциди 2,4-D здійснюється при переносі в рослину гена монооксигенази, гліфосата – при введенні гена фосфонотази, бромоксиліна – гена нітрилази .

Створення трансгенних рослин , стійких до комах, з допомогою методів генної інженерії стало можливим після того, як було виявлено, що бактерії Bacillus thurengiensis синтезують специфічний білок-прототоксин, високотоксичний для комах. Потрапляючи в кишечник комахи, цей білок розщеплюється, створюючи активну форму токсину. В результаті комаха гине. Ген, відповідальний за експресію проти токсину, вдалося виявити, виділити з геному B. thurengiensis та за допомогою бінарного вектора ввести в рослину тютюну. Аналогічним чином рослини томату були трансформовані генами іншого інсектицидного білка – ендотоксина. В підсумку були отримані перші трансгенні рослини, котрим не наносили шкоди комахи.