6. Стійкість рослин до абіотичних стресів

Адаптація рослин у природі та, звідси, їх здатність до виживання при несприятливих умовах середовища забезпечуються трьома способами. По-перше, за допомогою фізіологічних механізмів, які дозволяють рослинам уникнути несприятливого впливу (наприклад, період спокою). По-друге, адаптація здійснюється завдяки морфологічним засобам: товстому шару кутикули на листках, зменшенню листкової поверхні, її опушуванню, котрі попереджують надмірну втрату вологи рослиною. По-третє, негативний вплив зовнішнього середовища може бути послаблене за допомогою змін метаболізму.

Саме цей останній адаптаційний механізм найбільш доступний для генно-інженерних випробувань. Наприклад, відомо, що при водному стресі у вищих рослин основним захисним механізмом, пов'язаний зі змінами метаболізму, являє собою накопичення в клітинах пролину, гліцибіатину та інших осмопротекторів.

Експериментально показано, що стресова відповідь у рослин має схожий вираз. І у рослин, і у бактерій починається посилений синтез молекул осмопротекторів, механізм дії яких складається з встановлення осмотичного балансу між цитоплазмою та навколишнім середовищем, а також стабілізацією білкових молекул. В бактеріях біосинтез пролину добре вивчений, відомі гени, які кодуюють ферменти цього процесу. Вибіркова експресія генів осмопротекторів може призвести до збільшення його продуктивності. Тому наступним кроком на шляху створення стійких до стресів рослин було клонування бактеріальних генів, отримання векторних конструкцій на основі Ті-плазміди та введення їх в рослини. Отримані трансгени синтезували та накопичували пролин у 4-6 разів інтенсивніше, ніж звичайні рослини. Трансгенні пагони могли укорінятися та рости при концентрації солі в середовищі 20г/л (350мМ).

У рослин адаптація до низьких температур пов’язана з чисельними фізіологічними змінами. При цьому накопичуються розчинні речовини, які знижують осмотичний потенціал клітин і зменшують вірогідність утворення великих кришталиків льоду. Крім того, синтезується велика кількість білків з підвищеним вмістом сульфгідрильних груп (-SH), котрі здатні до гідратації, а гідратаціонна вода, як відомо, майже не замерзає. Однак підвищення стійкості рослин до замерзання за допомогою методів генної інженерії почалося зі зміни геному не рослини, а бактерій. Дослідники Колорадського університету (США) дійшли висновку, що пошкодженню рослин при замерзанні сприяють бактерії епіфітної (поверхневої) мікрофлори Pseodomonas syringae та Erwinia herbicola, білки яких слугують центрами криштализації. Якщо знешкодити бактерії стрептоміцином, то рослини не замерзають при температурі -8 С, але стрептоміцин дорогий та шкідливий, тому було вигідно змінити генетику даного штама бактерій, вирізавши з геному визначений ген. Рослини, інфіковані мутантним штамом P. Syringae, росли при негативній температурі. Однак виявилося, що бактерії мутантного штаму більш живучі та здатні витіснити природній штам, який, потрапляючи у верхні шари атмосфери, сприяє кристалізації атмосферної вологи. Вірогідно, знищення природного штаму могло б призвести до екологічної катастрофи.

Слід відмітити, що роботи по генній інженерії, можливості маніпулювання генами рослин представляють великий інтерес для фундаментальних випробувань. Ці роботи дозволяють вивчати основи молекулярної та клітинної біології рослинної клітини, глибинні механізми процесів, що відбуваються в ній. Разом з тим не можна не замислитися про своєчасність прикладного застосування результатів генно-інженерних випробувань.