Клеточная инженерия у растений

Клеточная инженерия у растений заключается в получении растений из одной клетки, а также в генетических манипуляциях с изолированными клетками, направленными на преобразование их генотипов.

Метод получения растений из одной клетки основан на способности тканей растений ряда видов к неорганическому росту на специальных искусственных средах, содержащих питательные вещества и регуляторы роста. При культивировании тканей растений на таких средах многие клетки оказываются способными к неограниченному размножению, образуя слои (массу) недифференцированных клеток, получивших название каллуса. Если затем каллус разделить на отдельные клетки и продолжить культивирование изолированных клеток на питательных средах, то из отдельных (одиночных) клеток могут развиться настоящие растения. Способность одиночных соматических клеток растений развиваться в настоящее (целое) растение, называют тотипотентностыо. Возможно, тотипотентность присуща клеткам всех листостебельных растений. Но пока она обнаружена у растений ограниченного круга. В частности, эта способность обнаружена у клеток картофеля, моркови, табака и ряда других видов сельскохозяйственных культур. Этот метод клеточной инженерии растений уже вошел в широкую практику. Однако растения, развившиеся из одной клетки, характеризуются генетической нестабильностью, что связано с мутациями их хромосом. Поскольку генетическая нестабильность дает разнообразные формы растений, они очень полезны в качестве исходного материала для селекции.

Однако растения можно получить и из так называемых протопластов растительных клеток, под которыми понимают клетки, у которых искусственно с помощью гидролитических ферментов (пектиназы и целлюлазы) удалена клеточная стенка. Обычно протопласты получают из клеток листьев, корней, лепестков, прорастающей пыльцы, плодов и других структур растений. Способность протопластов давать начало растениям выявлена у очень большого количества видов.

Получение растений из одной клетки или протопласта часто называют клональным микроразмножением. Главнейшее преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет резко сократить сроки размножения многих видов растений, а также очень быстро воспроизвести одно и то же растение в сотнях тысяч экземпляров, что имеет исключительно важное значение в селекционной работе и в получении посадочного материала, незараженного возбудителями болезней

Генетические манипуляции, связанные с растительными клетками, направлены на преобразование генотипов клеток растений, что достигают либо путем соматической гибридизации (получения гибридных клеток) либо путем переноса в клетки генетического материала, происходящего от других организмов. Во всех случаях исходным материалом являются протопласты клеток.

Соматическую гибридизацию осуществляют в несколько этапов, а именно:

1. Получение и слияние протопластов, происходящих от клеток растений разных видов.

2. Культивирование гибридных протопластов, используя селективные питательные среды.

3. Регенерация растений из соматических гибридов (гибридов протопластов) через образование последними каллуса.

Перенос генетического материала от одних клеток к другим осуществляют путем трансформации протопластов чужеродной ДНК либо введением в протопласты чужеродной ДНК с помощью плазмид. Из образующегося затем каллуса выращивают растения, содержащие интересующий ген. Растения, полученные таким путем, называют трансгенными растениями.

Отличие клеточной инженерии от генной инженерии в том, что в генной инженерии имеют дело с изолированными ДНК, с которыми работают in vitro.

Суть технологии: производят соединение фрагментов ДНК in vitro (в пробирке) с последующим введением изолированной ДНК в живую клетку.

Чистая генная инженерия – это техника обмена изолированными фрагментами ДНК. Это происходит с помощью ферментов, которые относятся к эндонуклеазам (например, рестриктазы).

Генная инженерия – это раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным созданием новых комбинаций генетического материала. Основа прикладной генетической инженерии – теория гена. Созданный генетический материал способен размножаться в клетке-хозяине и синтезировать конечные продукты обмена.

Генетическая инженерия имеет яркую историю благодаря тому общественному резонансу, который она вызвала с самых первых своих шагов. Начало этим событиям положило послание участни­ков Гордоновской конференции (1973) президиуму АН США, в котором говорилось о возможной опасности технологий рекомбинантных ДНК для здоровья человека. Возможные блага генети­ческой инженерии признавались с самого начала, но разногла­сия по данной проблеме не затихли и сейчас. В табл. 1 перечисле­ны основные этапы становления и развития генетической инже­нерии.

 

Таблица 1. Основные этапы развития генетической инженерии

Год	Автор	Содержание открытия
	Ф. Мишер	Выделена ДНК из ядер клеток гноя
	Д. Уотсон, Ф. Крик	Сконструирована модель двой­ной спирали ДНК на основании результатов рентгеноструктурно- го анализа ДНК
	А. Мармур и П. Доти	Открыто явление ренатурации ДНК и установлены точность и специфичность реакции гибри­дизации нуклеиновых кислот
	В. Арбер	Впервые получены сведения о ферментах рестрикции ДНК
	М. Мезельсон и Е. Юань	Выделена первая рестриктаза
	М.Ниренберг, С.Очоа, Г. Корана	Расшифрован генетический код
	М. Геллерт	Открыта ДНК-лигаза
1972-1973	Г. Бойер, С. Коэн, П. Берг (Стендфордский университет и Кали­форнийский универ­ситет в Сан-Франциско)	Разработана технология клони­рования ДНК
1975-1977	Ф. Сэнгер, Р. Баррел, А. Максам, В. Гилберт	Разработаны методы быстрого определения нуклеотидной последовательности
Год	Автор	Содержание открытия
	Г. Корана	Синтезирован ген тирозиновой супрессорной РНК
1981-1982	Р. Пальмитер, Р. Бринс- тер, А. Спрэдлинг, Г. Рубин	Получена трансгенная мышь. Получены трансгенные экзем­пляры дрозофилы
	Л. К. Эрнст, Г. Брем, И. В. Прокофьев	Получены трансгенные овцы с геном химозина

 

Цели генной инженерии: создание новых продуцентов для выработки новых целевых продуктов (новые лекарственные средства, диагностическе и профилактические препараты).

Необходимые условия для осуществления генной инженерии:

1. Нужен такой биообъект, который способен синтезировать чужеродный белок, воспринимал бы и передавал генетическую информацию.

2. Организм человека не должен отторгать продукт, синтезированный продуцентом.

3. Клетка должна делиться, необходимо, чтобы гены, продуцирующие целевой продукт у клеток, образующихся после деления, экспрессировались (работали).

4. Необходимо иметь транспортное устройство для внесения ДНК в клетку продуцента: вектор в виде плазмид, космиды, фага.

Вектор вводится разными путями:

1. коньюгация – генетический материал клеток при сближении переходит из одной клетки в другую в виде плазмиды.

2. трансдукция – передача клетке генетического материала через вирус или фаг.

3. трансформация – передача клетке генетического материала изолированной ДНК, в результате чего изменяется геном. Процесс трансформации – перенос генетического материала, при котором фрагмент ДНК, выделенный из клетки донора, поступает в клетку-реципиент

С химической точки зрения ДНК всех организмов идентичны и поэтому генная инженерия открывает возможность для перемещения генов в пределах всех живых организмов.

Техника генной инженерии включает:

-получение индивидуальных фрагментов ДНК из генома организма

-определение последовательности оснований, т.е. определение строения генов.

На генетическом уровне жизнь универсальна (т.е. во всех живых организмах носители наследственности являются, как правило, ДНК). Молекула АТФ является переносчиком энергии во всех живых организмах, с помощью АТФ образуются белки, состоящие из 20 аминокислот.

Воспроизведение микромолекул в живых системах также подчиняется основным принципам:

1. репликация (удвоение ДНК)

2. транскрипция (матричный синтез РНК, матрица –ДНК)

3. трансляция (синтез белка)

Во всех процессах главным является правильная последовательность нуклеотидов матрицы.

Область действия генного инженера (фрагмент ДНК) называется сайтом.

Для генного инженера необходим:

- чтобы гибридная молекула стабильно удваивалась,

- исследовать матричный синтез после введения гена чужеродного белка,

- чтобы чужеродный белок синтезировался

Таким образом, для генного инженера важно, чтобы молекула ДНК чужеродного белка работала (экспрессировалась).

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться: