Валерий Глазко - Кризис аграрной цивилизации и генетически модифицированные организмы
Наиболее простой и очевидной стратегией в улучшении качества белка пшеницы и других злаков является увеличение числа генов, кодирующих высокомолекулярные субъединицы запасных белков. Это должно привести к увеличению пропорции высокомолекулярных субъединиц белка, что, в свою очередь, должно привести к увеличению эластичности хлеба. Это направление в настоящее время разрабатывается в нескольких лабораториях, имеющих подобные гены под контролем эндосперм-специфических промоторов.
Ведутся работы по изменению содержания углеводов. Первая работа по получению трансгенных растений с измененным содержанием углеводов была опубликована в 1992 г., когда в клубнях трансгенного картофеля было повышено содержание крахмала путем суперэкспрессии gig С гена Escherichia coli.
Фруктаны — полимеры фруктозы — являются низкокалорийными осластителями, которые имеют примерно такую же сладость, как и сахар, но не усваиваются человеком. Фруктаны стимулируют рост полезной микрофлоры кишечника. Они рекомендуются больным, страдающим инсулинозависимым диабетом и ожирением, и могут играть роль в снижении содержания холестерина в крови.
Некоторые фруктаны, такие как инулин, находят в тканях растений, например, цикория. Однако низкое содержание этих полимеров и сложности с выделением сильно снижают их коммерческое использование.
Получаемые промышленным способом в биореакторах из Aspergillus фруктаны имеют высокую стоимость.
Имеются сообщения о получении фруктан-синтезирующих трансгенных растениях табака и картофеля. Получены и трансгенные растения сахарной свеклы с геном 1-sst из артишока, кодирующим синтез 1-сахарозо-сахарозофруктозилтрансферазы — фермента, превращающего сахарозу в низкомолекулярные фруктаны. Ген был введен в протопласты замыкающих клеток устьиц. Запасающие корни полученных трансгенных растений имели высокое содержание низкомолекулярных фруктанов при общем содержании сахаров и сухом весе корней на уровне контрольных растений. Экспрессия 1-sst гена привела к превращению более 90% запасенных сахаров в фруктан.
Так как наличие фруктанов у растений коррелирует с холодо- и засухоустойчивостью, то можно предполагать усиление этих признаков у полученных трансгенных растений сахарной свеклы.
Инвертаза расщепляет сахарозу до моносахаров. Трансгенные растения томата с геном кислой инвертазы в антисмысловой ориентации имели повышенное содержание сахарозы и пониженное содержание гексоз. При этом плоды, накапливающие сахарозу, были примерно на 30% мельче контрольных.
Глюкоза и фруктоза — одни из основных продуктов метаболизма растений, регулирующие многие биологические процессы. Первым этапом в их метаболизме является фосфорилирование гексокиназами и фруктокиназами. Изучение трансгенных растений томата с измененной активностью фосфорилирования гексоз показало, что фосфорилирующие энзимы влияют на регуляторную функцию сахаров.
Изучается возможность получения трансгенных растений, синтезирующих антигельминтные протеины, для терапии инфицированных гельминтами животных.
В самое последнее время трансгенные растения рассматриваются в качестве альтернативы микробиологическому синтезу. Они, имея низкую себестоимость, могут использоваться в производстве больших количеств антител и других белков и полипептидов. Выход антител в трансгенных растениях составляет от 1 до 5% от общего содержания белка растений.
Было подсчитано, что стоимость 1 кг протеина при 1% содержании от общего белка будет составлять приблизительно 100 долл. По подсчетам фирмы Agracetus, если средняя стоимость очищенных пептидов, полученных с помощью современных методов, составляет 100 000-1 млн долл/кг, то их стоимость при получении из трансгенных растений составит 1000 долл/кг.
Безусловно, в настоящее время трудно сказать, какие антигены, какие «съедобные вакцины» и на основе каких растений будут получены и коммерциализованы в ближайшее время. Ясно только, что экономические выгоды от применения таких вакцин намного превысят расходы на их разработку и внедрение в промышленные условия.
Трансгеноз все более широко используется для получения различных соединений, имеющих самое разнообразное практическое применение.
Описано изменение аромата, наблюдаемое у трансгенных растений.
Известно, что несколько биотехнологических компаний работают над изменением окраски цветков трансгенных растений, в частности, над получением голубой розы. Первым примером изменения окраски цветков растений, очевидно, является эксперимент по введению гена, кодирующего дигидрофлавонолредуктазу в белоцветковое растение петунии, что привело к появлению кирпично-красной окраски.
Осуществлена генетическая трансформация торении (Torenia hybrida). Полученные трансгенные растения не содержали вовсе или имели сниженное количество антоцианов в лепестках цветков. Их окраска варьировала у разных трансгенных растении от синей до белой.
Трансформация другого сорта торении, содержащего в цветках антоцианы и каротиноиды, этими же генетическими конструкциями, привела к получению растений с бледно-желтой окраской.
В последнее время, наряду с переносом в растения таких «экзотических генов», разрабатываются уже целые программы по отдельным видам сельскохозяйственных растений, направленные на изменение сразу целого комплекса полезных признаков. Так, для сахарной свеклы такая программа ставит целью изменения морфологии корня путем введения генов, изменяющих уровень эндогенных фитогормонов, и прямые манипуляции с cdc (циклин-зависимые киназы) генами для получения высокоурожайной сахарной свеклы, с высоким содержанием сахарозы, незагрязненным клеточным соком и слабой зависимостью от условий выращивания.
ГМО для улучшения сохранности и качества плодов и овощей
Известно, что фермент полигалактуроназа приводит к размягчению плодов после их созревания. Первые попытки ингибировать процесс размягчения были связаны с внесением гена полигалактуроназы в антисмысловой ориентации. Однако эта стратегия не привела к значительному изменению процесса размягчения плодов.
Альтернативой внесению генов, ингибирующих синтез галактуроназы, является перенос генов, ингибирующих синтез этилена, который ускоряет созревание плодов и ряда овощей. Доминантный etr-1 ген, внесенный в растения Arabidopsis, приводил к нечувствительности к этилену.
Получены трансгенные томаты, экспреccирующие антисмысловую мРНК к 1-аминоциклопропан-1-карбоксилатсинтазе — ключевому энзиму биосинтеза этилена. В некоторых трансгенных линиях отмечено сильное угнетение синтеза этилена. Сорванные плоды трансгенных растений никогда не созревали. Они становились со временем желто-оранжевыми, но никогда не краснели, не размягчались и не становились ароматными. При обработке трансгенных плодов этиленом они становились неотличимыми от нормально созревших плодов по плотности, окраске и аромату.
Разрабатываются также методы создания бессемянных плодов, выполненные под руководством Анжело Спена. В нормальных растениях после оплодотворения наблюдается рост уровня содержания фитогормона ауксина, который стимулирует рост семян и формирование плода вокруг них. Спена с сотрудниками удалось создать трансгенные растения табака и баклажанов, способные продуцировать ауксин при неоплодотворенных семенах. Для этого создана конструкция, содержащая ген, изолированный из патогенной бактерии (Pseudomonas syringae), который кодировал участок 1ааМт стимулирующий синтез ауксина в тканях растений, и промоторный участок DefH9-reHa, изолированного из львиного зева и экспрессирующегося только в семяпочках. Генетическая модификация растений табака и баклажанов привела к образованию бессемянных плодов (Rotino et al., 1997).
Генетичесии модифицированный рис как одна из моделей решения проблем питания
Рис принадлежит к классу Monocotiledones, семейству Poaceae (Gramineae) — злаковых, трибе Oryzeae — рисовых. В классификации этой культуры выделяют от 19 до 32 видов. Многолетние и однолетние виды — диплоиды серии sativae. Многолетние виды серии latibofia — ди- и тетраплоиды. Единственный вид серии australiensis — O.australlensis, диплоид. В происхождении культурного риса получила признание гипотеза монофилетического происхождения. Полагают, что вид O.sativa произошел от многолетнего предшественника. Первичный центр происхождения O.sativa — районы Северо-Восточной Индии, севера Бангладеш и территории Бирмы, Таиланда, Лаоса и Вьетнама. В процессе одомашнивания в результате географической изоляции и адаптации к условиям среды произошла дифференциация O.sativa на группы сортов, которые выделены как географические расы (экорасы и подвиды): indica, japonica, javanika. Эти группы сортов в свою очередь подверглись дальнейшему разделению на экотипы, для них характерно также становление барьера стерильности. Дифференциация прошла по морфологическим, физиологическим и биохимическим признакам. О древности этого процесса и существовании, по-видимому, нескольких центров происхождения, свидетельствует генетическая структура некоторых рас O.sativa и сравнительно свободный обмен генами между культурными и дикими сородичами. Внутривидовая дифференциация подтверждена многими методами.
