Селекция и генная инженерия. Трансгенные растения
Большие перспективы открылись перед селекционерами в связи с развитием клеточной и генной инженерии. На основе их достижений сейчас очень интенсивно развивается биотехнология растений. Основное направление биотехнологических работ — получение трансгенных растений, т.е. растений, в геном которых введена чужеродная генетическая информация. Успеху опытов по трансформации у растений в значительной мере способствовало создание векторов на основе Ti-плазмид (tumor induced — индуцирующие опухоль) бактерий из рода Agrobacterium. Донорами генов могут быть бактерии, грибы, другие виды растений, животные и даже человек.
Трансгенез осуществляется в различных целях:
а) повышение общей продуктивности растений;
б) повышение устойчивости к насекомым-вредителям, к вирусным и грибковым заболеваниям, к нематодам;
в) повышение устойчивости к гербицидам;
г) повышение устойчивости к стрессовым факторам;
д) продукция белков, антител в трансгенных растениях (интерферон, иммуноглобулин);
е) получение мужски-стерильных растений;
ж) изменение окраски цветов у декоративных культур.
Первые трансгенные растения были получены в 1983 г. в лабораториях США, Германии и Бельгии. В 1992 г. начато промышленное выращивание трансгенного табака, устойчивого к насекомым. Кроме того, в геном табака был введен ген гемоглобина из грамотрицательной бактерии Vitreoscilla, благодаря чему на 80-100% повысился выход сухого вещества, а листья содержали больше хлорофилла и никотина. В 1994 г. в США было зарегистрировано первое растение, предназначенное для употребления в пищу — помидор Флавр-Савр с замедленным созреванием. К 1997 г. были получены трансгенные растения более чем 120 видов. В 2000 г. трансгенные растения выращивались в 13 странах на площади 44,2 млн. га. В компании “Монсанто” создан картофель, который не поражается колорадским жуком. В геном картофеля встроен ген из бактерии Bacillis thuringiensis, который производит белок, токсичный для личинок жука. Белок не опасен для человека и животных, в почве разлагается за несколько дней.
Устойчивые к гербициду Раундан сорта сои, кукурузы, рапса, хлопчатника разрешены к использованию во многих странах, в том числе в России. Создана кукуруза, защищенная от стеблевого мотылька, помидоры с запахом и вкусом свежесорванных.
Одним из центров биотехнологических работ в России является Всесоюзный НИИ сельскохозяйственной биотехнологии, где ведутся исследования в области генной, хромосомной и клеточной инженерии, в том числе создаются и оцениваются трансгенные растения.
Современным направлением в селекции растений является также гибридизация соматических клеток, или парасексуальная гибридизация. Она основана на слиянии протопластов соматических клеток, лишенных ферментативным путем оболочек, и получении гибридных клеток. Таким путем удается преодолевать не только межвидовые, но и межродовые барьеры нескрещиваемости. Гибридные клетки способны образовывать каллус — недифференцированную ткань, в которой возникают очаги дифференциации. Из них возможна регенерация гибридных растений.
Соматическая гибридизация открывает большие перспективы для получения нового исходного материала для селекции. Успех ее зависит от степени генетической близости скрещиваемых форм. В Институте физиологии растений в Москве созданы соматические гибриды культурного и дикого картофеля (Solanum tuberosum x S.chacoense). Американским селекционером Дж. Пауэром получены соматические гибриды между видами петунии, которые обычным путем не скрещиваются. Гибриды унаследовали ценный декоративный признак — разветвленный, стелющийся побег. Х. Шенк получил соматический гибрид между капустой (Brassica oleracea) и турнепсом (B.campestris). Ю.Ю. Глебой создан соматический гибрид между двумя представителями семейства крестоцветных: Arabidopsis thaliana и Brassica rapa, названный арабидобрассикой. Гибрид похож на монстра, т.к. образует крайне аномальные побеги. Однако такие формы можно использовать для изучения закономерностей морфогенеза и генетической несовместимости.
Схема клонирования
Одним из последних достижений в области селекции животных стало клонирование, осуществленное методом пересадки ядер соматических клеток в оплодотворенные яйцеклетки. Широко разрекламированное рождение овечки Долли, выращенной из такой яйцеклетки, наряду с заманчивой перспективой воспроизводства ценных генотипов, породило проблему, связанную с быстрым старением клонированного животного. Но если негативные последствия этого метода будут преодолены, то он действительно может оказаться очень полезным.
Похожие материалы из книги «Лекции по общей биологии:
Перейти к чтению других тем книги «Генетика и селекция. Теория. Задания. Ответы»:
- Тема 1. История развития генетики
- Тема 2. Законы Менделя
- Тема 3. Взаимодействие генов
- Тема 4. Сцепление генов. Кроссинговер
- Тема 5. Генетика пола. Половые хромосомы. Наследование, сцепленное с полом
- Тема 6. Молекулярные основы наследственности
- Тема 7. Ген и геном
- Тема 8. Генная инженерия: ее развитие и методы
- Тема 9. Мутационная изменчивость
- Тема 10. Модификационная изменчивость
- Тема 11. Генетика и эволюция
- Тема 12. Генетика человека
Источник
Современные методы в селекции растений.
- Метод клеточной инженерии —получен межвидовой соматический гибрид картофеля.Протопласт(с греч.protos–первый,plastos-вылепленный, образованный)- клетки без клеточной стенки и имеющие только клеточную мембрану.Гибрид отличался большей мощностью куста и высотой стебля.
- Метод хромосомной инженерии связан с заменой отдельных хромосом или добавлением новых.
- Метод генной инженерии.
ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ – это область молекулярной генетики, разрабатывающая методы конструирования новых генетических программ для управления жизненными процессами. Например, в геном организма встраиваются или исключаются из него отдельные гены или группы генов. Такие эксперименты проводят на бактериях, вирусах, высших организмах
Работы Мичурина
| Методы | Сущность метода | Примеры |
| 1.Биологически отдаленная гибридизация а)межвидовая б)межродовая 2.Географически отдаленная гибридизация. 3.Отбор 4.Метод ментора (воспитателя) 5.Метод посредника 6.Воздействие условиями среды. 7.Смешение пыльцы. | Скрещивание представителей разных видов для получения сортов с нужными свойствами. Скрещивание представителей разных родов для получения новых форм растений. Скрещивание представителей контрастных природных зон и географически отдаленных регионов с целью привить гибриду нужные качества (вкусовые, устойчивости). Многократный, жесткий: по размерам, форме, зимостойкости, иммунным свойствам, качеству, вкусу, цвету плодов и их лежкости. Воспитание в гибридном сеянце желательных качеств (усиление доминирования), для чего сеянец прививается на растение-воспитатель, от которого эти качества хотят получить. Чем ментор старше, мощнее, длительнее действует, те его влияние сильнее. При отдаленной гибридизации для преодоления нескрещиваемости используют дикий вид в качестве посредника. При воспитании молодых гибридов обращалось внимание на метод хранения семян, характер и степень питания, воздействие низкими температурами, бедной питанием почвой, частыми пересадками. Для преодоления межвидовой нескрещиваемости (несовместимости) | Вишня Владимирская х черешня Винклера белая = Вишня Краса севера (хороший вкус, зимостойкость). |
Итог 60 лет работы И.В.Мичурина: 1)300 сортов (новые и усовершенствованные) растений;2) гибриды: яблоня х груша, яблоня х рябина, малина х ежевика, яблоня х айва, абрикос х слива, миндаль х персик, вишня х черемуха. Достижения селекции растений 1.0зимая пшеница. Для России пшеница — основная зерновая культура. Академик Павел Лукьяненко создал ряд высокоурожайных сортов озимой пшеницы, занимающих миллионы гектаров, как в России, так и в других странах. Особенной популярностью пользуются сорта Аврора и Кавказ, дающие урожай до 100 ц/га, и Безостая 1 с урожайностью до 50 ц/га. На основе последнего сорта были выведены сорта Краснодарская 57 и Одесская полукарликовая. На Мироновской селекционной опытной станции академиком Василием Ремесло (1907-1983) выведены высокоурожайные сорта: Мироновская 264, Мироновская 808, Ильичевка(в 1974 г. этот сорт районирован в 15 областях Украины и при надлежащем орошении и высокой агротехнике дает урожаи до 100 ц/га). За последние 50 лет урожайность сортов озимой пшеницы возросла с 25 до 65 ц/га, т.е. в 2,5 раза . Очень перспективны многолетние сорта пшеницы, выведенные под руководством академика Николая Цицина (1898-1980) на основе межвидовой гибридизации пшеницы и пырея. Они высокоурожайны, засухоустойчивы, выдерживают морозы до -35 ◦С. 2.Яровая пшеница. Наиболее ценен созданный Алексеем Шехурдиным и Валентиной Мамонтовой (1895-1982) высокоурожайный сорт Саратовская 29, отличающийся высокими хлебопекарными качествами. З.Подсолнечник. Замечательны достижения академика Василия Пустовойта (1886-1972). До середины XX в. лучшие сорта подсолнечника по масличности не превышали 33%. В настоящее время средняя масличность семян достигает 50%. 4.Сахарная свекла. За последние годы резко повысились сахаристость и урожайность сахарной свеклы. Большую роль в селекции этой культуры сыграла полиплоидия (работы А.Н. Луткова, В.П. Зосимовича). 5,Кукуруза. При создании новых перспективных сортов этой культуры применяют самоопыляющиеся гомозиготные линии с их последующей гибридизацией (М.И. Хаджинов и Г. С. Галеев).
Источник