Трансгенные растения: как это делается

Итак, задача, которую надо решить при создании трансгенного растения – организма с такими генами, которые ему от природы «не положены», – это выделить нужный ген из чужой ДНК и встроить его в молекулу ДНК данного растения. Процесс этот весьма сложен. Об операциях по пересадке гена написаны тома, но мы рассмотрим здесь эту процедуру в очень кратком и упрощенном виде.

Более четверти века назад были открыты ферменты рестриктазы, разделяющие длинную молекулу ДНК на отдельные участки – гены, причем эти кусочки приобретают «липкие» концы, позволяющие им встраиваться в разрезанную такими же рестриктазами чужую ДНК.

Самый распространенный способ внедрения чужих генов в наследственный аппарат растений – с помощью болезнетворной для растений бактерии Agrobacterium tumefaciens (в буквальном переводе с латыни – полевая бактерия, вызывающая опухоли). Эта бактерия умеет встраивать в хромосомы заражаемого растения часть своей ДНК, которая заставляет растение усилить производство гормонов, и в результате некоторые клетки бурно делятся, возникает опухоль. В опухоли бактерия находит для себя отличную питательную среду и размножается. Для генной инженерии специально выведен штамм агробактерии, лишенный способности вызывать опухоли, но сохранивший возможность вносить свою ДНК в растительную клетку.

Нужный ген вклеивают с помощью рестриктаз в кольцевую молекулу ДНК бактерии, так называемую плазмиду. Эта же плазмида несет ген устойчивости к антибиотику. Лишь очень небольшая доля таких операций оказывается успешной. Те бактериальные клетки, которые примут в свой генетический аппарат «прооперированные» плазмиды, получат кроме нового полезного гена устойчивость к антибиотику. Их легко будет выявить, полив культуру бактерий антибиотиком, – все прочие клетки погибнут, а удачно получившие нужную плазмиду размножатся. Теперь этими бактериями заражают клетки, взятые, например, из листа растения. Опять приходится провести отбор на устойчивость к антибиотику: выживут лишь те клетки, которые приобрели эту устойчивость от плазмид агробактерии, а значит, получили и нужный нам ген. Дальнейшее – дело техники. Ботаники уже давно умеют вырастить целое растение из практически любой его клетки (см. «Наука и жизнь» № 3, 1986 г.).

Однако этот метод «работает» не на всех растениях: агробактерия, например, не заражает такие важные пищевые растения, как рис, пшеница, кукуруза. Поэтому разработаны и другие способы. Например, можно ферментами растворить толстую клеточную оболочку растительной клетки, мешающую прямому проникновению чужой ДНК, и поместить такие очищенные клетки в раствор, содержащий ДНК и какое-либо химическое вещество, способствующее ее проникновению в клетку (чаще всего применяется полиэтиленгли коль). Иногда в мембране клеток проделывают микроотверстия короткими импульсами высокого напряжения, а через отверстия в клетку могут пройти отрезки ДНК. Иногда применяют даже впрыскивание ДНК в клетку микрошприцем под контролем микроскопа. Несколько лет назад предложено покрывать ДНК сверхмалые металлические «пули», например шарики из вольфрама диаметром 1–2 микрона, и «стрелять» ими в растительные клетки. Проделываемые в стенке клетки отверстия быстро заживляются, а застрявшие в протоплазме «пули» так малы, что не мешают клетке функционировать. Часть «залпа» приносит успех: некоторые «пули» внедряют свою ДНК в нужное место. Дальше из клеток, воспринявших нужный ген, выращивают целые растения, которые затем размножаются обычным способом.

a – ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АГРОБАКТЕРИИ
b – ИСПОЛЬЗОВАНИЕ «ДНК-ПУШКИ»
1 – ВВЕДЕНИЕ ДНК В ПЛАЗМИДУ БАКТЕРИИ
2 – ПЕРЕНОС ДНК В КЛЕТКУ РАСТЕНИЯ
3 – ВСТРАИВАНИЕ ДНК
4 – РАЗМНОЖЕНИЕ КЛЕТОК С НОВЫМ ГЕНОМ
5 – ВЫСАЖИВАНИЕ В ПОЧВУ
6 – НАНЕСЕНИЕ ДНК НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЧАСТИЦЫ
7 – ОБСТРЕЛ ЧАСТИЦАМИ С ДНК
8 – РАСТИТЕЛЬНАЯ КЛЕТКА

Два основных метода создания трансгенных растений.

«Вклеивание» нужного гена в клетки агробактерии.

Другие записи

10.06.2016. Эпоха протеомики
Почему так важно изучить белок-белковые взаимодействия? Дело в том, что большинство белков – это ферменты (биологические катализаторы), которые превращают в клетке одни соединения в другие. Естественно,…
10.06.2016. Человек родится у мыши?
Канадские ученые разработали новый метод выращивания яйцеклеток человека, сообщает ВВС. Это особенно важно для женщин, которым угрожает бесплодие из-за агрессивной терапии злокачественных опухолей. Специалисты…
10.06.2016. Щит и меч организма (система защиты наследственности)
Почему взрывы атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки не привели к значительному росту наследственных отклонений? Больше всего мутагенов – веществ, повреждающих наследственность, – мы «съедаем» с пищей. Мыши,…
10.06.2016. Холерной бактерии нужен «партнер», чтобы стать смертельно опасной
В журнале Nature недавно были опубликованы результаты совместной работы ученых из Института генетических исследований в Роквиле (Institute for Genomic Research, Rockville, Maryland), University of Maryland…
10.06.2016. Трансляция как способ существования живых систем, или в чем смысл «бессмысленных» кодонов
Санкт-Петербургский государственный университет ВВЕДЕНИЕ После публикации Дж. Уотсоном и Ф. Криком [1] в 1953 году модели дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) прошло более 40 лет. Это открытие определило…