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. Проангиоспермы и происхождение цветковых растений
Цветковые – наиболее многочисленная и разнообразная группа высших растений, доминирующая в большинстве наземных экосистем. Именно к цветковым относятся основные культивируемые растения, от которых, в конечном…
10.06.2016. Трансгенез – сравнительно новая область генной инженерии
Биолог Л. Попов работает в Институте биологии гена Российской академии наук и занимается трансгенезом – сравнительно новой областью генной инженерии. В первой своей публикации в «Науке и жизни» (№ 1, 1987…
10.06.2016. Создать жизнь – проще некуда!
В течение примерно трех миллиардов лет жизнь на Земле трудно было назвать жизнью (в современном смысле этого слова). Планету населяли исключительно простые, одноклеточные организмы, не блещущие великим…
10.06.2016. Семена для третьего тысячелетия
На вопросы журнала отвечает академик Российской академии сельскохозяйственных наук, Национальной академии наук Украины и Украинской академии аграрных наук, профессор А. СОЗИНОВ, директор Института агроэкологии…
10.06.2016. Разведение овец путем пересадки клеточных ядер
Перевод с английского Nature, 1996, V. 380, N 6569, p. 24–25 Ученые давно стараются понять, как осуществляется генетический контроль за эмбриональным развитием у млекопитающих. Было проведено множество…