Генно модифицированные культуры устойчивые к гербицидам производятся в основном для
ПОЛУЧЕНИЕ ТРАНСГЕННЫХ РАСТЕНИЙ, УСТОЙЧИВЫХ К ГЕРБИЦИДАМ Текст научной статьи по специальности «Агробиотехнологии»
Аннотация научной статьи по агробиотехнологии, автор научной работы — Максутова Вилена Олеговна
Данная статья посвящена перспективам создания трансгенных растений, которые устойчивы к гербицидам. Рассмотрены механизмы устойчивости к гербицидам.
Похожие темы научных работ по агробиотехнологии, автор научной работы — Максутова Вилена Олеговна
Испытания трансгенных растений осины с геном bar на устойчивость к гербицидам в полунатуральных условиях
Текст научной работы на тему «ПОЛУЧЕНИЕ ТРАНСГЕННЫХ РАСТЕНИЙ, УСТОЙЧИВЫХ К ГЕРБИЦИДАМ»
ПОЛУЧЕНИЕ ТРАНСГЕННЫХ РАСТЕНИИ, УСТОЙЧИВЫХ К ГЕРБИЦИДАМ
Максутова Вилена Олеговна, Башкирский государственный университет, г. Уфа
Аннотация. Данная статья посвящена перспективам создания трансгенных растений, которые устойчивы к гербицидам. Рассмотрены механизмы устойчивости к гербицидам.
Ключевые слова: трансгенные растения, гербициды, генная инженерия.
В современном сельском хозяйстве широко применяются гербициды — это химические вещества, которые используют для борьбы с сорной растительностью. Они подавляют метаболизм растительных клеток: ингибируют биохимические процессы, прежде всего, фотосинтеза (диурон, атразин, симазин) и синтез аминокислот (биалафос, глифосат, сульфонилмочевина) [4].
По характеру действия они делятся на гербициды сплошного действия, которые губительно воздействуют на все виды растений, и селективного (избирательного) действия, которые поражают определенный вид растения.
Основной проблемой использования гербицидов является то, что не существуют идеальных гербицидов, которые бы уничтожили только сорняк, при этом, не воздействуя пагубно на сельскохозяйственную культуру. Даже гербициды селективного действия могут вызвать поражения культурных растений.
Одним из перспективных направлений генной инженерии в сельском хозяйстве является введение в геном растений аллелей, которые контролируют устойчивость к гербицидам [3].
Существует два подхода получения устойчивых к гербицидам растений:
— прямая селекция устойчивых к гербицидам форм растений, например,
Путём скрещивания сельскохозяйственной культуры с дикими видами растений, которые устойчивы к гербицидам;
— получение трансгенных растений путём введения генов, экспрессия которых приводит к гербицид-резистентности.
Устойчивость к гербициду возникает в результате изменения сродства гербицида с его ферментом-мишенью или ингибирования молекулы гербицида
Основой для создания трансгенных растений служит изучение механизмов устойчивости. Оно состоит из четырех этапов:
— выявление мишеней действия гербицидов в клетке растений;
— отбор растений, устойчивых к данному гербициду в качестве источника генов резистентности;
— идентификация и клонирование этих генов;
— изучение их экспрессии для использования в трансгенных конструкциях.
Благодаря использованию методов генетической инженерии, были созданы
Сельскохозяйственные культуры, которые устойчивы к различным гербицидам [2].
Действие гербицида атразина основано на его связывании с хлоропластным мембранным белком (Qb), который кодируется геном pbcA. Этот ген был выделен из генома некоторых сорняков. В результате точечной мутации в гене pbcA, которая приводит к замене в белке аминокислотного остатка серина на глицин, резко уменьшается связывание гербицида с ферментом-мишенью, таким образом, возникает устойчивость к гербициду. Мутантный ген pbcA встраивают в векторные конструкции для трансформации растений. После трансформации получают трансгенные растения, которые устойчивы к атразину.
После замены в белке EPSP-синтетазы аланина на аргинин, получают мутантный ген aroA, который используют для трансформации клеток табака, сахарной свеклы, картофеля и томатов и получения трансгенных растений, устойчивых к действию гербицида глифосата.
Введение в геном растений бактериального гена bar приводит к появлению устойчивости к гербициду BASTA. Белок, кодируемый bar-геном,-фосфинотрицинацетилтрансфераза — ацетилирует активный компонент гербицида фосфинотрицин, что приводит к его инактивации. Таким способом были получены трансгенные сорта риса, сорго, пшеницы и ряда других растений.
При введении в геном риса гена, который кодирует фермент протопорфириногенсинтетазу (Protox), выделенного из бактерий Bacillus subtilis, повысилась устойчивость трансгенных растений к гербицидам дифенил-эфирного ряда. Механизм действия заключен в повышении экспресии белка Protox, который нейтрализует действие гербицида, чем и обусловлена
Повышение устойчивости к нему [4].
Растения лядвенца рогатого (Lotus corniculatus) были трансформированы с помощью штамма А281/рСВЕ21. Эта бактерия содержит плазмиду со встроенным геном bar, кодирующим фермент, придающий устойчивость к гербициду биалофосу. Трансгенные растения содержали ген bar и были невосприимчивы к гербициду. Однако в тканях таких растений наблюдается накопление гербицидов, и использовать эти растения можно только в технических целях. Вместе с тем было показано, что введение генов, кодирующих другие ферменты, позволяет проводить детоксикацию гербицидов, создавая, таким образом, растения, пригодные в пищу. Так, детоксикация действующего, вещества гербицида 2,4-D осуществляется при переносе в растение гена монооксигеназы, глифосата — при введении гена фосфонатазы, бромоксилина — гена нитрилазы [2].
Таким образом, устойчивость трансгенного сорта к определённому гербициду позволяет фермерам опрыскивать культуры этим гербицидом, уничтожая сорняки без вреда для самого культурного растения. Тем самым обеспечивается эффективное управление сорняками и увеличение доходов за счёт снижения трудовых затрат, уменьшение использования гербицидов за счёт сокращения заявок на их поставки, увеличение урожая за счёт увеличения контроля над сорными растениями и использование новых (менее вредных) видов гербицидов взамен токсичных и химически устойчивых видов.
Но при использовании трансгенных растений существуют и реальные риски. Может произойти передача гена устойчивости к гербициду родственным диким видам, что позволит превратиться им в гербицидоустойчивые «суперсорняки». Это зависит от близости видов, с которыми трансгенные растения могут успешно скреститься. Например, в Индии устойчивость к гербицидам ГМ-рапса передалась дикой горчице, которая в результате стала важным сорняком рапса. ГМ-культуры сами могут стать «суперсорняками» и распространяться на другие территории, вытесняя другие культуры или скрещиваясь с ними. Увеличение использования специфических гербицидов на ГМ — полях может привести к появлению гербицидоустойчивых форм сорных растений. Уже известно более 40 видов сорных растений, которые очень быстро приобрели устойчивость к производным сульфонилмочевины (вид гербицида). Зарегистрирован ряд видов злаковых и бобовых сорняков устойчивых к глифосату. Например, из посевов ГМ — сои в США, через три года после их обработки глифосатом, была выделена устойчивая к гербициду популяция злостного сорняка мелколепестника канадского (Coniza canadensis).
Широкое распространение гербицидоустойчивых сортов увеличивает масштабы применения гербицидов и вытесняет альтернативные (органические) методы борьбы с сорной растительностью (например, многовидовые
«поликультурные» севообороты, разные способы обработки почвы, безгербицидные технологии и т. д.). Гранича с посевами фермеров, ведущих экологическое (органическое) производство и переработку, ГМ-культуры смогут опылять их и привести к генетическому загрязнению чужеродными генами, что принесет большой экономический ущерб.
Использование трансгенных растений может привести к снижение сортового разнообразия. Особо опасно выращивание ГМ-культур в центрах происхождения сельскохозяйственных культур. Например, если выращивать ГМ-рис в Китае, где зародилась эта культура, то из-за перекрестного опыления могут исчезнуть дикие сорта риса [1].
1. Игнатьев И., Тромбицкий И., Лозан А. Генетически модифицированные организмы и обеспечение биологической безопасности. Кишинев: Экоспектр-Бендеры, 2007. — 60 с.
2. Клунова С. М., Егорова Т. А., Живухина Е. А. Биотехнология: учебник для высш. пед. проф. образования. М.: Академия, 2010. — 256 с.
3. Тейлор Д., Грин Н., Стаут У Биология: В 3-х т. Т.3: Пер. с англ./ Под ред. Р. Сопера. — 3-е изд.. М.: Мир, 2004. — 451 с.
4. Шевелуха В. С., Калашникова Е. А., Кочиева Е. З. и др. Сельскохозяйственная биотехнология: учебник; под ред. В. С. Шевелуха. — 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2008. — 710 с.
Все материалы на данном сайте взяты из открытых источников — имеют обратную ссылку на материал в интернете или присланы посетителями сайта и предоставляются исключительно в ознакомительных целях. Права на материалы принадлежат их владельцам. Администрация сайта ответственности за содержание материала не несет. Если Вы обнаружили на нашем сайте материалы, которые нарушают авторские права, принадлежащие Вам, Вашей компании или организации, пожалуйста, сообщите нам.
