Өсімдікті өсірудің биотехнологиялық әдістері Жансая і-ші деңгейлі сұрақтар
Өсімдңк тіңдерін өсіру кезеңдері мен әдісін тезбектеңіз
жүктеу/скачать 7,02 Mb.
|
Өсімдікті өсірудің биотехнологиялық әдістері
- Бұл бет үшін навигация:
- 11. Фукс Розенталь камерасының құрылысы мен жұмыс принципін жазыңыз 12 . Картоптың сауықтырылған көшеттерін шығару технологиясын тізбектеп жазыңыз
- .in vitro жағдайында клеткалардың өсу заңдылығын қалай бейнелеуге болады
- 16. Гендік инженерияда гербицидтерге патогендерге төзімді өсімдіктерді жасау жолдарын тізектеңіз 17. Өсімдіктерді өсіруде гендік инженерияның даму мүмкіндіктері мен даму жолдары
| 8 Өсімдңк тіңдерін өсіру кезеңдері мен әдісін тезбектеңіз .
1 0 . Жаңа қоректік ортаға көшірілетін суспензияның бөлігі қалай аталады жұмысты жүргізудің әдістемесі 11. Фукс Розенталь камерасының құрылысы мен жұмыс принципін жазыңыз 12 . Картоптың сауықтырылған көшеттерін шығару технологиясын тізбектеп жазыңыз 13.in vitro жағдайында клеткалардың өсу заңдылығын қалай бейнелеуге болады 14 СҰЙЫқ ортада өсетін клеткалардың қатты ортада өсетін клеткалармен салыстырғанда қандай артықшылығы бар 15.Сұйық ортада клеткалар сузпензиясын өсірудің тәсілдерін тізбектеңіз 16. Гендік инженерияда гербицидтерге патогендерге төзімді өсімдіктерді жасау жолдарын тізектеңіз 17. Өсімдіктерді өсіруде гендік инженерияның даму мүмкіндіктері мен даму жолдары Өсімдіктер клеткаларына бөтен генетикалық информацияны енгізу мүмкіндігі тәжірибе жүзінде дәлелденді. Осы әдістерді пайдалану негізінде бағалы қасиеттері бар өсімдіктерді шығару үшін болашақта көп үміт күтерлік жол ашылды. Өсімдіктерге бөтен гендерді тасымалдау жөніндегі деректер 1981 жылдан бері белгілі. Бактериялар, жануарлар және өсімдіктер гендері плазмидалық Т-ДНҚ-ның рестрикциялық бөліктеріне тігіліп, өсімдік геномына нәтижелі тасымалданған. Соның арқасында гендік инженерия әдістерімен құрастырылған алғашқы өсімдіктер алына бастады. Өсімдіктерге бөтен генді Ті-плазмиданың көмегімен енгізу әрекеттері ең алдымен бактерия гендерін тасымалдаумен байланысты болды. Ол үшін көбінесе антибиотиктерге төзімділікті белгілейтін Е.соli гендері қолданылды. Бұл гендердің пайдаланудың себебі олардың өсімдік геномына тіркесуін оңай тексеруге болатындығынан. Бірақ бұл антибиотиктерге төзімділік белгісінің өсімдік үшін ешбір пайдасы жоқ. Турасын айтқанда, бұл бөтен ген нақтылы тасымалданды ма, жоқ па, тек қана соның куәсі ретінде және де, егер тасымалданса, онда өзіне тән қызметін атқарып жатқанын көрсету үшін керек. Бұндай селективті маркерлік гендер өсімдіктерге туыстығы жоқ бөтен гендерді тасымалдау кезінде қолданылады. Өсімдіктер геномын гендік инженерия әдістерімен өзгертіп қайта құру мақсаты екі мәселені шешуге бағытталған. Біріншісі, трансгенозға байланысты негізгі теориялық мәселелерді шешу, ал тубінде өсімдіктердің алдын ала көзделген белгілі қасиеттері бар жаңа варианттарын шығару үшін практикалық селекцияда гендік инженерия әдістерін қолдану. Белоктардың сапасын жақсарту. Өсімдіктер синтездейтін белоктардың сапасын арттыру генетикалық инженерияның маңызды мақсаты. Астық тұкымдастарына жататын өсімдіктерде белоктар эндоспермде жинақталады. Екпе өсімдіктер дәнінде қор ретінде жинақталатын белоктарды құрамы жағынан бір-біріне жақын гендер кодтайды. Бұл гендердің экспрессиясы тек қана белгілі ұлпада және тұқьмның белгілі даму кезеніңде өтеді. Қазіргі таңда арпаның гордеин белогының 10 гені, бидайдың α-, β-глиадин және глютенин гендері, жүгерінің зеин гені, бұршактың легумин гені, т.б. клонданған. Бір өсімдіктің қор белогының сапасын жақсарту үшін оған басқа өсімдіктің қор белогының генін енгізу жөнінде алғашқы әрекетті 1983 жылы АҚШ-та Д. Кемп пен Т. Холл істеген. Олар бұршақтың басты қор белогы фазеолин генін Ті-плазмида көмегімен күнбағыстың геномына енгізген еді. Бұл тәжірибенің нәтижесінде «санбин» деген трансгендік өсімдік алынды. «Санбин» әзірше ешқандай іске жарамсыз, ауыл шаруашылығында пайдала-нылмайды, бірақ, сонда да, бұл тәжірибенің маңызы өте зор, себебі ол гендік инженерия әдістерін өсімдіктерге қолдануға болатындығына сенім білдіріп, биотехнологияның осы бағытының басталуын жария етті. Жүгерінің зеин деген қор белогының гені Т-ДНҚ-ға тігіліп күнбағыс геномына енгізілген. Ол үшін зеин гендері тігілген Ті-плазмидалары бар агробактериялар штаммдарын жүқтырып күнбағыстың сабағында ісікті қоздырған. Кейбір ісіктерде зеиндік мРНҚ түзілетіндігі анықталған. Бұл тәжірибе даражарнақты өсімдік генінің қосжарнақты өсімдікте транскрипциясы өтетіндігін дәлелдейді. Бірақ транскрипция өтіп, РНҚ түзілгенмен ген экспрессиясы толығымен жүрмей, трансляция процессі болмаған, яғни жүгерінің зеин белогы күнбағыс ұлпаларында түзілмеген. Сондықтан қор белоктарын кодтайтын гендерді тасымалдау өте күрделі де кебінесе сәтсіз аяқталатын процесс болып тұр. Гендік инженерияның жеңілірек іске асатын мақсаты, ол бөтен белок гендерің тасымалдамай-ақ, әр өсімдікке тән белоктың амин қышқыл құрамын жақсарту. Көптеген астық тұқымдастарының қор белогында лизин, треонин, триптофан, ал бұршақ тұқымдастарында метионин мен цистеин жетіспейтіндігі мәлім. Белоктың құрамына жетіспейтін амин қышқылдарын қосымша енгізу арқылы белоктың сапасын жақсартуға болады. Дағдылы селекцияның әдістерімен астық тұқымдастарының қор белоктарында лизин мөлшері едәуір көтерілген. Ол үшін проламиндердің (спиртке еритін астық тұқымдастарының қор белоктары) бәр бөлігі лизині көп басқа белоктарға ауыстырылды. Бірақ соның салдарында бұл өсімдіктерде дән уақ болып кеткен және жалпы түсімі кеміген. Шамасы, проламиндер дәннің толық болып қалыптасуына қажет шығар, сондықтан оларды басқа белоктармен ауыстыру түсімді төмендетеді. Осы жағдайды ескеріп, өнімділікті төмендетпейтін, бірақ құрамында лизин мен треонин көп белокты дәнді дақылдарда қалыптастыру қажет. Қор белоктардың гендерін зерттегенде, олардың мынадай ерекшеліктері анықталды: 1) оларда интрон болмайды; 2) 25 нуклеотид жұбынан тұратын ерекше тізбектері бар екен, оны эндос-пермбокс деп атайды. Тізбек қор белоктар гендерінің экспрессиясына жағдай жасайды, сондықтан оны міндетті түрде вектор құрамына кіргізу қажет. Тіпті, осы тізбек алдында тұрған кез келген геннің өнімі тек қана тұқымда синтезделеді. Кез келген өсімдік белогының амин қышқыл құрамын жақсарту үшің, тек ауыстырылмайтын амин қышқылдарынан (мысалы, лизин, треонин, метионин) тұратын бұрын-сонды болмаған, қолдан жасалған табиғатта кездеспейтін полипептидтерді кодтайтын жаңа гендерді пайдалануға болады. Табиғатта болмаған құрамының 80%-ті ауыстырылмайтын бес амин қышқылынан тұратын полипептидті кодтайтын осындай генді 1986 жылы Джейнс қызметтестерімен химиялық синтез арқылы жасап шығарды. Тіплазмиданы және Ri-плазмиданы пайдаланып, олар осы жасанды генді темекі клеткаларына енгізіп, химералық регенеранттарды алды. Сол трансгендік өсімдікте жасанды геннің экспрессиясы жүріп, мүлдем жаңа белок түзілетіні анықталды. Гербицидтерге төзімді өсімдіктерді жасау. Жаңа қарқынды технологиялар бойынша ауыл шаруашылығында гербицидтер кеңінен қолданылады. Казіргі кезде бұрын қолданылған экологияға қауіпті, сүтқоріктілерге улы гербицидтердің орнына жаңа, қауіпсіз гербицидтер пайдаланылады. Бірақ олардың да кемшіліктері бар. Олар арам шөптерді жоюмен қатар екпе өсімдіктердің де өсуін біраз тежейді. Глифосат, атразиндер, сульфонилмочевина туындылары сияқты тиімдігі жоғары гербицидтерге кейбір арам шөптер төзімді келеді. Мысалы, атразин қолданылатын егістік жерлерде, көптеген өсімдік түрлерінің төзімді биотиптері пайда болады. Қазір осындай төзімділік механизмдері мұқият зерттелуде. Сондағы мақсат - гербицидке төзімділік белгісін гендік инженерия әдісін қолданып екпе өсімдіктерге енгізу. Əр түрлі химиялық қосылыстарға, соның ішінде гербицидтерге де, төзімділікті қамтамасыз ететін төрт механизм бар: 1) тасымалдаушы (транспортық); 2) жоюшы (элиминация); 3) реттеуші (регуляция); 4) жанасушы (контактық). Транспортық төзімділік механизмі гербицидтің клеткаға кіруін тежейді. Жоюшы механизмі - клетканың ішіне кірген заттар клетка индукциялайтын фак-торлар әсерімен жойылады, көбінесе ол ыдыратушы ферменттер, немесе улы зат-тар модификациялану арқасында зиянсыз заттарға айналады. Реттеу механизмі - гербицид әсерімен ипактивтенетін белок немесе фермент қайтадан қарқынды синтезделе бастайды, соның арқасында қажет метаболиттің орны толады. Контактық механизмі - гербицид әсер ететін нысананың (белок немесе фермент) құрылымы өзгертіледі де, гербицид зиян әсер көрсете алмайды. Гербицидке тезімділік жалғыз бір ғана генмен белгіленеді, яғни моногендік болады. Бұл жағдай осы белгіні басқа өсімдікке рекомбинанттық ДНҚ-ны қолданып енгізу жұмысын жеңілдетеді. Сонымен бірге, гендік инженерия әдістері гербицидтерді ыдыратуын немесе модификациялауын қамтамасыз ететін ферменттердің гендерін де тасымалдау арқасында төзімді өсімдіктерді шығара алады. Ал дағдылы селекцияның әдістері ұзаққа созылады және де тиімділігі өте төмен. Сульфонилмочевина туындылары өте күшті әсер ететіп гербицидтер. Олардың арасында ең кең тарағандары - сульфометурон метил және хлорсульфурон. Бұл гербицидтер ацетолактатсинтаза ферментіне кері әсер етеді. Соның нәтижесінде валин мен лейцин амин қышқылдарының синтезі шектеледі. Бұл гербицидтерге төзімділік ацетолактатсинтазаның құрамындағы кейбір амин қышқылдарының ауысуына байланысты. Гендік инженерия әдістерімен сол гербицидтерге төзімділігі 20-30 есе өскен темекі мен соя өсімдіктері алынған. Кейбір өсімдіктердің төзімділігі олардың гербицидтердің улы әсерін жою (детоксикация) қабілетіне байланысты. Мысалы, хлор-сульфуронға төзімділік бұл гербицид молекуласын гидроксилдеу (ОН тобын қосу), келесі гидроксил тобын гликозилдеу (қант қалды-ғын қосу) нәтижесінде пайда болады. Сонымен, өсімдіктердің гербицидтерге төзімділігі әр түрлі принциптерге негізделгендіктен, оларға төзімділік белгісін енгізу жолдары да әрқилы болады. Патогендерге төзімді өсімдіктерді жасау. Гендік инженерия әдістерінің тағы да бір іске асатын жолы бар. Кейде өсімдіктің өзіне тән табиғи төзімділік гені болса да, ол патогенге төтеп бере алмайды. Мұндай төзімсіздік гендердің экспреесиясы әлсіз болғандығына немесе гендердің қызмет қарқыны бәсеңдеуіне байланысты болады. Соның салдарынан патогендік организмдер ауру туғызып өсімдікті күйзеліске ұшыратады. Гендік инженерия тәсілімен төзімділік қасиетін кодтайтын бұл гендердің экспрессиясын реттеуіш элементерін алмастыру және күшті промоторды енгізу арқылы арттыруға болады немесе ол гендердің санын көбейтуге болады (амплификация). Бірқатар жағдайларда бұл жол өсімдікке бөтен құрылымдық гендерді енгізумен салыстырғанда оңай және тиімді болады. Себебі, тасымалданған бөтен гендердің өнімдері кей кездерде клеткаға жағымсыз, тіпті зиянды болып шығуы мүмкін. Вирустар өсімдіктерге айтарлықтай зиян келтіреді және астық өнімділігін төмендетеді). Вирусқа төзімді өсімдіктердің төзімділік генің басқа өсімдіктерге көшіру мәселелесі зерттелуде. Вирустық инфекцияға табиғи иммунитет мына себептерге байланысты: вирустың өсімдікке кіре алмау, вирустың таралуын болдырмау, вирус ауру белгілерің басу. М.Ə. Айтхожин атындағы Молекулалық биология және биохимия институтында белок және нуклеин қышқылдары лабораториясында профессор Б. Ісқақовтың жетекшілігімен өсімдіктерді тұрақты трансформациялау және регенерациясын жүргізу жұмыстары жөнге салынған. Алғашқы рет Қазакстанда картоптын Y-вирусына төзімді темекі және картоп трансгендік өсімдіктері алынған. Вирус инфекциясына төзімді өсімдіктерді алу үшін олардың геномына вирус геномының антимағыналық кішігірім бөлігі енгізілген. Антимағыналық бөлігінің экспрессиясы өсімдіктің шаруашылық құндылығын нашарлатпайды екен. Бұл өсімдіктер егістік сынаудан өтті, сондықтан оларды жаңа сорттарды шығару үшін бастапқы линиялар ретінде қолдануға әбден болады. Өсімдіктер өздері де вирусқа қарсы улы белоктарды синтездейді. Мысалы, фитолакка (Рпуtо1асса атeriсапа) жапырақта және тұқымда сондай үш түрлі белоктарды синтездейді. Американдык «Фитолакка» фирмасы өндіретін токсин вирустармен күресуге тиімді және жануарларға зиянсыз. Клеткаға фитовирустар кіргенде бұл токсин өсімдіктің өзінің рибосомаларын инактивтейді, сондықтан сол клеткалар некрозға ұшырап, патогеннің көбеюіне және өсімдікте таралуына жол бермейді. Қазір осы белоктың гені және оны басқа өсімдіктерге енгізу мүмкіндікгі зерттелуде. Картопқа Erwina carotovora топырақ бактериясы үлкен зиян келтіреді. Сонымен күресу үшін Т4 бактериофагтың лизоцим ферментінің генің картопқа енгізіп, патогенге төзімді трансгендік өсімдік алынған. Лизоцим бактериялардың қабығын ыдырататын фермент. Зиянкестерге төзімді өсімдіктерді алу. Өсімдіктерді зиянкес жəндіктерден қорғау үшін химиялық заттар - инсектицидтер қолданылады. Бірақ олар сүтқоректілерге де зиян келтіреді, пайдалы жәндіктерді өлтіреді, қоршаған ортаны ластайды, бағасы қымбат болады, және де зиянкестер оларга тез бейімделіп кетеді. Пайдаланатын инсектицидтерге төзімділік қасиеті бар 400 астам жәндіктер түрлері белгілі. Сондықтан биологиялық жолмен куресу амалдары өзіне назар аударуды, өйткені олар әр жәндік түріне сәйкес қатаң таңдаулы әсер етеді және де зиянкестер биопестицидке бейімделе алмайды. Бұл бағытта әсіресе қызықтыратын микробиологиялық пестицидтер. Олар зиянкестерді өлтіретін микроб токсиндері. Мысалы, Bacillus thuringiensis микробының протоксині жапырақтармен қоректенетін жәндікетердің личинкасын өлтіреді. Протоксин жәңдіктердің ас қорыту жүйесінде белоктарды ыдырататын ферменттердің активтігін тежейді. В. thuringiensis протоксин қоршағган ортаға зиянсыз, онда ол тез арада активтігін жоғалтады. Бактерия препаратарын өсімдіктер сыртына тозаңдату тиімсіз болған, себебі зиянкес көбінесе өсімдіктің ішкі ұлпаларымен қоректенеді. Төзімді өсімдкітерді шығарудың тағы бір жолы бар, ол бактериялардың холестеролоксидазаның генін пайдалану. Бұл фермент бунакденелердің ішек эпителий мембранасын бұзады, осы генмен зерттеулер жүргізілуде. Түрлі зиянкестерді өлтіретін өсімдіктердің өздерінің токсиндері соңғы кезде ғалымдардың назарын аударуда. Фитотоксиндер белок синтезін тежейді, сондықтан зиянкес жәндіктерге, микрорганизмдер мен вирустарға қарсы қорғауыш болады. Олардың ішінде ең жақсы зерттелген үпілмәлікте (клещевина) синтезделетін рицин деген белок. Оның гені клонданған және нуклеотид құрамы анықталған. Бірақ, рицин сүтқоректілерге улы болғандык-тан бұл фитотоксинді адам немесе мал жемейтін дақылдарды қорғау үшін қолдануға болады. Вирустар қоздыратын аурулар жәндіктер арасында кең таралған, сондығтан зиянкестермен күресу үшін олардың табиғи вирустарын қолдануға болады. Олардан өндірілген препараттарды вирустық пестицидтер деп атайды. Олардың ядохимикаттардан көп артықшылықтары бар: санаулы белгілі бір жәндіктерге ғана әсер етеді; пайдалы жәндіктерді өлтірмейді; қоршаған ортада тез ыдырайды да өсімдіктер мен жануарларға зиян келтірмейді. Қазір қолданылатын биопестицидтер энтомопатогендік вирустары мен саңырауқұлактардың табиғи штаммдары. Ал болашақта гендік инженерия әдістерімен жаңа, тиімділігі жоғары биопестицидтерді шығаруга болады. жүктеу/скачать 7,02 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|