Генетическая инженерия и безопасность

31

Е сли же “с ш ить”б актериальную плаз миду с ф рагментом Д Н К хлороплас та, содержащ им уч астки нач аларепликации, атакже уч ас тки инициации и терминации транс крипции, то можно получ ить ч елноч ны й вектор, с пособ ны й реплицироваться в прокариотич еских клетках и клетках эукариот. П ри проникновении рекомб инантной плаз миды в хлоропласты (например, при б омб ардировке микропуля ми об разцов листа) происходит не только ее репликация , но и экс пресс ия ч ужеродной генетич еской ин- ф ормации.

Рас тения, содержащ ие транс генны е пластомы , наз ы ваю т т р ан сп ласт ом н ы ми (transplastomic). В ажны м отлич ием таких рас тений откласс ич е- ских трансгенны х я вля ется то, ч то при п ласт и дн ой т р ан сфор мац и и п олу-

чаю т клон ы со вст р ойкой т р ан сген а в одн о и т о ж емест о хп ДН К, т .е.

и ден т и чн ы е. П ри вс трой ке в я дерны е хромосомы	в рез ультате агроб акте-
риальной трансф ормации все клоны отлич аю тся	друг от друга по мес ту

вс трой ки трансгена, а следовательно, и по степени его экспрес сии. П о- скольку интеграция ч ужеродной Д Н К в плас том происходитв рез ультате

гомологич ной рекомб инации, отоб ранны е клоны		одинаковы и в них от -
сут ст вует эффект	п олож ен и я ген а, характерны й	для случ ай ной вс трой ки
транс генапри ядерной трансф ормации растений .		В пластидах не наб лю да-
ется сайлен си н г трансгена (“з амолкание”генов),		поэтому его экспресс ия
стаб ильно сохраня ется в последую щ их поколения х.
Так, в 2001 г. Х . Д аниэ л с сотрудниками с оз дали векторную конст-
рукцию , в которую	встроили транс ген суб ъ единицы B холерного токс ина
(ген CTB). Белок	CT-B эф ф ективно синтезировался в транс плас томны х

растения х таб ака, соб иралс я в ф ункциональны е олигомеры и б ы лантигенно идентич ен оч ищ енному природному CT-B. Д анны й ч ужеродны й б елок накапливался в листья х таб акадо уровня 4,1% с уммарного растворимого б елка, ч то в 400 раз б ольш е продуктивности, достигнутой при интеграции транс генав э дерны й геном этих растений . П одоб ны м об разом в лаб оратории М алига (1995 г.) б ы ли получ ены транспластомны е растения таб ака, эф ф ективно экс пресс ирую щ ие ген cry2Aa2 и накапливаю щ ие в хлоропластах инсектицидны й токс ин Bt, ч то делаеттакие растения устой ч ивы ми к вредны м нас екомы м.

4.3. Преи м ущ ест ва и т рудност и и сп ользовани я раст ени й как объект а для генно-и нж енерны хи сследовани й

В ажны м преимущ еством растений по сравнению с животны ми я вля - ется с пособ ность их клеток и протоплас тов при налич ии подходя щ их ус - ловий в культуре in vitro раз виваться (регенерировать) в целое ф ертильное растение - тотипотентность. Т.е. для трансф ормации можно ис пользовать практич ес ки лю б ую ч асть растения . Э то свой с тво тотипотентности соматич еских клеток ис пользуетс я для получ ения трансгенны х растений , откры ваетвозможность для изуч ения ф ункционирования генов, внедренны х в растения , атакже для использования их в селекции. Таким об разом, методология генной инженерии в отнош ении рас тений направленанакорен-

32

ное изменение методов традиционной селекции тем, ч тоб ы желаемы е признаки рас тений можно б ы ло получ ать путем пря мого введения в них с оответствую щ их генов вместодлительной раб оты поскрещ иванию .

К ч ислу сущ ес твенны х трудностей генно-инженерны х раб отс растения ми относ итс я то об стоя тельство, ч то многие хозя й ственно ценны е признаки имею тполигенны й характер наследования , т.е. контролирую тс я не

одним, амногими генами. Кроме того,	геном растений из уч ен хуже, ч ем
геном млекопитаю щ их. Э то свя зано: 1)	с огромны ми размерами геномов

многих растений (дес я тки и дажесотни млрд. пн); 2) их ч резвы ч ай ной об о-

гащ еннос тью некодирую щ ими, т.е. не с одержащ ими структурны е гены ,
уч астками Д Н К (доля изб ы точ ной	Д Н К можетдостигать 90 и даже 99% и
среди этих последовательностей	надо най ти ф ункциональны е уч астки –

гены ); 3) б ольш им ч ислом полиплоидны х ф орм (содержащ их б олее двух геномов на клетку), среди которы х много аллополиплоидов (имею щ их в я дре нескольких б лиз ких, но не идентич ны х геномов). Н апример, у ч еловека(2n=46) – 3,2 млрд пн, ау мя гкой (гексаплоидной ) пш еницы (Triticum aestivum, 2n=6x=42) – в 5 раз б ольш е (≈16 млрд пн), у лилей ны х (Lilium) – в 10 раз б ольш е (50-60 млрд пн), с осны (Pinus sylvestris, 2n=2x=24) – в 20 раз б ольш е (≈68 млрд.пн). М ногие виды рас тений имею тмелкие хромосомы (длинахромосом не превы ш ает3 мкм), адля некоторы х видов до сих порне установлено точ ное ч ис ло хромосом. Н ес мотря науказ анны е труд-

нос ти, к настоя щ ему времени (в 2002 г.) полностью	расш иф рован (секве-
нирован) геном араб идопсис а (Arabidopsis thaliana –	горч ица малая , или

рез уш ка Таля , 2n=2x=10) двудольного растения с маленьким геномом – 125 млн пн, 25 ты с генов и в 2003г. - геномарис а(Oryza sativa, 2n=2x=24)

– однодольногорастения, имею щ его также неб ольш ой геном - 430 млнпн. Араб идопсис не имеетникакогохозя й ственного з нач ения . Н оэ то удоб ны й модельны й об ъ ектдля генетиков. Е го геном использ уется в кач естве “б а- зового”или “с правоч ного”геномадля изуч ения и анализ агеномов других растений (сравнительная геномика), а также как донор генов для генноинженерны х раб от. Тексткаждого из генов и их расположение нахромосомах стали доступны лю б ому исс ледователю , ч ей компью тер подклю ч ен

к И нтернету.	С этой же целью	применя ю тс я и сведения о важной продо-
вольс твенной	культуре – рис е,	я вля ю щ емс я основны м ис точ ником пищ и
для половины ч еловеч ества.

Д оля из вестны х генов в геноме растений оч ень мала, поэтому полу- ч ениекаждоготранс генногорастения – рез ультатогромноготруда.

4.4. Дост и ж ени я и п ерсп ект и вы генной и нж енери и раст ени й

В настоя щ ее время с помощ ью методов генной инженерии в рас тения привнесены гены , контролирую щ иемногие хозя й ственно ценны е признаки. К их ч ис лу относ я тс я : ус той ч ивость к герб ицидам, насекомы м, вирус ам, б актериальны м и гриб ковы м заб олевания м, аб иотич еским стрес сам, способ ность к длительному хранению ; мужс кой стерильности, модиф икация з апасны х б елков и вторич ны х метаб олитов, получ ение б елков живот-

33

ного происхождения и вакцин, изменение окраски цветков у декоративны х растений . П олуч енны е трансгенны е рас тения можно з атем скрещ ивать между соб ой и получ ать гиб риды с двумя и б олее ч ужеродны ми генами. Э то поз воля етреш ать ш ирокий круг проб лем, об ес печ ивая б ольш ую экономич ескую вы году.

О становимс я нанекоторы х рез ультатах генно-инженерного улуч ш е- ния растений .

У ст ойч и вост ьк насеком ым . Д авно извес тнатю рингская б актерия Bacillus thuringiensis (Bt), продуцирую щ ая б елок, которы й оч ень токсич ен для многих видов насекомы х и в то же время б езопасен для млекопитаю - щ их. Э тотпротоксин (cry-б елок, гены которого локализованы наплаз мидах) в киш еч нике нас екомы х протеолитич ес ки расщ епля ется и превращ а- ется в токс ин (дельта-токсин), уб ивая их. Активированны й токсин с пеци- ф ич но с вя з ы ваетс я с рецепторами в с редней киш ке нас екомы х, ч то приводит к лиз ис у клеток киш еч ного э пителия . В заимодей ствие токс ина с рецепторами насекомого строго специф ич но. В природе най дено б ольш ое колич ество ш таммов B. thuringiensis, ч ьи токисины дей с твую т только на определенны е виды насекомы х (например, дей ствую тнажуков и не дей ствую т на б аб оч ек и пч ел). Bt-протеин не представля ет угроз ы для тепло-

кровны х животны х и ч еловека,	поскольку у них другие протеолитич еские
ф ерменты и пищ еварительны й	трактус троен инач е, ч ем у нас екомы х. Бо-

леетого, Bt-протеин– вес ьманестой кий б елок, которы й легко денатурируетпри нагревании, в кис лой с реде желудка, б ы с тро перевариваетс я желудоч ны ми соком.

В страивание гена э того б елка в геном растений (таб ак, томаты , хлопч атник, кукуруз а, рис, рапс, тополь и др.) дало воз можность получ ить транс генны е растения (Bt-растения ), не поедаемы е насекомы ми. Э то позволило отказаться от инсектицидов. С оз дание трансгенного картоф еля ,

ус той ч ивого к колорадскому жуку,	потреб овало отАмериканской компа-
нии «Monsanto» 10 лет. В С еверной	Америке картоф ель с встроенны м ге-

ном cry IIIA (с токс ич ны ми для колорадского жука свой ствами) получ ил ш ирокое рас прос транение. В настоящ ее время полевы е ис пы тания транс - генного картоф еля проводятся в Росс ии. О пы тная пос адкаего в откры ты й грунтнаизолированны х уч астках б ы ласогласованас М инздравом, М инсельхозом, Г оскомитетом поохранеокружаю щ ей с реды и РАН .

У ст ойч и вост ь к герби ц и дам . В б орьб е с сорняками ис пользую т химич еские соединения – герб ициды . О днако многие из них не об ладаю т селективны м дей ствием, токсич ны , проя вля ю тмутагенны й эф ф екти накапливаю тся в растения х и в поч ве. П утем введения в геном ря дас ортов ку-

курузы , хлопч атника,	сои и др. культур генов, об еспеч иваю щ их разруш е-
ние или дез активацию	герб ицидов либ о кодирую щ их неч увс твительны е к
данному класс у герб ицидов ф ерменты -миш ени,		получ ены трансгенны е
растения , генетич ески устой ч ивы е к глиф осату		(коммерч еское наз вание

Roundup), глю ф озинату аммония и др. П олевы е испы тания показали, ч то

34

герб ициды не воз дей ствую тнатранс генны е растения (они не погиб аю ти сохраня ю тсвои сортовы еособ енности), тогдакаксорняки унич тожаю тс я.

С реди вс ех транс генны х культур герб ицидоус той ч ивы е ф ормы составляю тподавля ю щ ее б ольш инс тво. Так, в 2003 г. в мире под ними б ы ло заня то 73% площ ади, з ас ея нной генно-инженерны ми сортами, или 49,7 млн. га. Л идером среди вс ех трансгенны х культурявля етс я соя, устой ч ивая кгерб ициду глиф осату.

Г лиф ос ат(коммерч еское название Roundup) относится кгерб ицидам нового поколения , для которы х характерна относительная б езопас нос ть для з доровья ч еловекаи окружаю щ ей среды . “М иш енью ”глиф осата(т.е. ф ерментом, с которы м свя з ы ваетс я герб ицид) у рас тений я вля етс я ф ермент 5-энолпирувилш икимат-3-ф осф ат с интетаза (EPSPS), играю щ ий важную роль в синтез е ароматич еских аминокис лот (тироз ина, ф енилаланина и триптоф ана). П од дей ствием герб ицидау неус той ч ивы х к нему растений наб лю даю тся с имптомы азотного голодания (из -за недос татка названны х аминокислот) и они погиб аю тв теч ениедвух недель. П утем переносагена

cp4 (ген, кодирую щ ий	EPSPS и несущ ий точ ковую мутацию - “мутацию
миш ени”) от поч венной	б актерии A. tumefaciens в геном растений , б ы ло

из менено сродство герб ицида с его ф ерментом-миш енью . В рез ультате герб ицид “не узнает”свою миш ень, ф ерментсохраня етактивность, арас - тение с тановится устой ч ивы м к его дей с твию . И менно таким способ ом в 1977 г. б ы лполуч енс ортсои, устой ч ивы й кRoundup, приз нанны й в С Ш А сельс кохозя й ственны м продуктом года. П рич ем, в получ енной трансгенной с ое отсутствую тс елективны е гены ус той ч ивос ти кантиб иотикам, поскольку сам генустой ч ивости кглиф осату можно использ овать в кач естве селективного.

Регуляц и я сроковсозревани я и хранени я п лодов. С помощ ью генно-

инженерного подхода можно не только вводить в организ м новы й ч ужеродны й ген, но и з аб локировать (провес ти “адресное”разруш ение), ос ла-

бить (или, наоб оротус илить) дей ствиеприродногогена.

Например, плоды томатаво время созревания содержатз нач итель-

ное колич ес тво специального б елка-ф ермента PG (полигалактуроназ ы ), придаю щ его плодам ры хлость. Э тотф ерментуч аствуетв разруш ении пектина – основного компонентамежклеточ ного пространстварастительны х тканей . П родуктгенаPG синтез ируетс я в период созревания плодов томатов, аувелич ение его колич естваприводитктому, ч то плоды постепенно теря ю тупругость, становятс я б олеемя гкими и з агниваю т, ч то з нач ительно сокращ аетсрок их хранения . Д ля устранения э того б елка(с целью увели- ч ения с роков хранения томатов) проводя т отклю ч ение гена PG путем вс траивания в геном томатов антис мы с ловой конструкции поотнош ению к этому гену (содержащ ей перевернутую копию гена). В результате транс - крипции получ ается антис мы с ловая (перевернутая ) мРН К (такназ ы ваемая

ас РН К ),	которая комплементарно свя з ы ваетс я с	нормальной (с мы словой )
мРН К . О	б раз уется молекуладвухцепоч еч ной РН К (дуплекс), которая уже
не можетслужить матрицей для синтезаб елка. С		помощ ью этого подхода

35

получ ены первы екоммерч ескиерас тения томатаFlavr Savr, отлич аю щ иеся пониженной деполимеризацией пектина клеточ ной стенки плодов, в результате ч его они дольш е хранились, сохраня я товарны е и пищ евы е кач е- ствазрелы х плодов, асами растения б ы ли б олее устой ч ивы к гриб ковы м заб олевания м. Э тотжеподход интересени в цветоводстведля длительного хранения срез анны х цветов.

Такой же подход применяю т для регулирования сроков созревания томатов, ав кач ес твемиш ени в этом с луч аеиспольз ую тгенEFE (ethylene-

forming enzyme), продуктом которого я вля ется	ф ермент, уч аствую щ ий в
б иос интез е этилена. Э тилен – это газооб раз ны й	гормон, однаиз ф ункций

которого– контроль з апроцессом соз ревания плодов.

Повыш ени е урож айност и , регуляц и я скорост и рост а. С помощ ью генной инженерии можно повы ш ать и урожай ность с ельскохоз я й ственны х культур, несмотря на то ч то этот признак я вля ется полигенны м. Тем не менее, можно най ти и применить отдельны е гены , продукты которы х позволя ю тс ущ ественно ус илить процес сы рос таи в итоге повы сить продуктивность рас тения .

Так, встраивание в геном картоф еля генаф итохромаB отараб идопсис а приводило к повы ш ению интенсивности ф отосинтез а и увелич ению урожая клуб ней .

П о данны м рос сий ских уч ены х (Р.К . С аля ев и др.) из И ркутского

универс итета,	перенос в геном картоф еля гена, кодирую щ его об разование
ф ермента У Д Ф	Г трансф ераз ы соз реваю щ его зерна кукуруз ы , сопровож-

дался ус илением б иос интез а ростовы х ф итогормонов. Э то позволило повы сить урожай клуб ней в 2 раз а, уровень с ухих вещ еств в клуб нях до 27% (у об ы ч ны х сортов менее20%), аскорб иновой кислоты до 9%. Разрез анны е клуб ни не темнели навоздухе. Э тими же уч ены ми б ы ли получ ены б ы с тро-

растущ ие транс генны е растения ос ины путем введения в них генаugt из кукуруз ы и acbp302 из араб идопсиса. П родукты этих генов влия ю тнаско-

рос ть роста растений ч ерез изменение их гормонального (аукс инового) статуса.

С помощ ью генной инженерии можно доб иться п овы шен и я качест - вен н ы х и п от р еби т ель ски х свойст в с ельскохоз я й ственной продукции. В е- дутся раб оты и получ ены об надеживаю щ ие результаты по с оз данию коф е б ез коф еина, таб акаб ез никотина(полагаю т, ч то курение сигаретиз такого таб ака б удет менее вредны м для здоровья ), арахис а, не содержащ его характерны х для него аллергенов.

В ш лиф ованном рис е, я вляю щ емся основны м источ ником пищ и в ря де тропич еских с тран с многоч ис ленны м нас елением, отсутствует провитамин А (β-каротин). Э то приводиткдеф ициту витаминаА и способ ствует развитию раз лич ны х заб олеваний (например, к ухудш ению зрения ), особ енно у детей . Ш вей царским уч ены м удалось разраб отать генноинженерны й подход создания такназы ваемого “золот ого”р и са. О ни перенес ли в геном рисагенетич ескую конструкцию , содержащ ую сраз у три генаотраз ны х организ мов, необ ходимы х для б иос интез аβ-каротина: гены

36

ф итоендесатураз ы и ликопин β-циклаз ы отнарцис саи ген каротиндесатураз ы отб актерии. Зернатрансгенного рис анакапливали в э ндос пермепровитаминА в достаточ ном колич ествеи б ы ли окраш ены в золотисты й цвет.

В едутся раб оты по соз данию транс генны х растений лес ны х древес - ны х пород с пониженны м содержанием лигнина. В создании низ колигниновы х деревьев з аинтересованацеллю лозно - б умажная промы ш ленность, т. к. лигнин, которы й составля ет15-35% отсухого вещ ествав древес ине при произ водствеб умаги – “лиш ний ”компонент, аего удаление – дорогостоя щ ий и экологич ески опасны й процесс .

У ст ойч и вост ьк аби от и ч ески м ст рессам . В свя зи с развитием ин-

дус триальны х технологий во многих развиты х странах мира актуальной сталаразраб откаметодов, позволя ю щ их вес ти хозя й ство в условия х вы сокого техногенного з агря з нения окружаю щ ей с реды . О днаиз проб лем – все б ольш ее повы ш ение концентрации тя желы х металлов в поч ве. О дин из генно-инженерны х подходов для реш ения этой проб лемы – клонирование и вс траивание в геном растений гена, кодирую щ его б елокживотного происхождения – металлотионеина, с пособ ного свя зы вать многие тя желы е металлы . В ы деленген, продукткоторогосвя зы ваеткадмий .

В ажны м направлением генной инженерии я вля ется селекция сортов, ус той ч ивы х к з асухе, жаре, повы ш енному з асолению поч вы . П оскольку вс еэти с трессовы еф акторы относя тс я кразря ду ос мотич еских, топодходы по всем этим направления м об щ ие. И детраб отанад вы явлением, клонированием и переносом в растения транс генов, кодирую щ их об разование раз - лич ны х ос мопротекторов (ионов протеинов, аминокислот, сахаров, полиаминов), регулирую щ их содержание ненас ы щ енны х жирны х кислот в мемб ранах клетоки т.д. И с следования показ али, ч тонекоторы ерастения , в ч ас тности таб аки томаты , не накапливаю тглицинб етаин (ос мопротектор) и поэ тому вы сокоч увствительны ксолевому ш оку. Г . Д жиас соавторами в 2002 г. получ ил трансгенны е томаты , экспресс ирую щ ие б етаинальгиддегидрогеназу (БАД , уч аствую щ ий в б иос интез е глицинб етаина) леб еды Atriplex hortensis и проя вля ю щ ие достаточ но вы сокую устой ч ивость к солевому с тресс у.

И зм енени е окраски у декорат и вных раст ени й. Г олландские уч е-

ны ес оздали сортголуб ы х (с иних) роз, перенес я в них гениз дельф иниума. Э тотген контролируетсинтез голуб ого пигмента. П олуч ены и испы ты ва- ю тся трансгенны е растения хлопкас окраш енны м волокном. П редполагается , ч то в б удущ ем натуральное хлопковое волокно станеткрепч е, не б у- детни мя тьс я, ни садиться и б удетиметь раз лич ную окраску б ез ис пользования химич еских красителей .

М ет аболи ч еская и нж енери я. Н ы неш ний э тап раз вития генетич е- ской инженерии растений получ илназвание “метаб олич еская инженерия ”. П ри этом ставится задач ане только улуч ш ить те или ины е имею щ иес я ка- ч ес тварастения , как при традиционной селекции, сколько науч ить рас тение производить соверш енно новы е соединения , ис пользуемы е в медицине, химич еском произ водс тве и других об ластях. Э тими соединения ми мо-

37

гутб ы ть, например, особ ы ежирны екислоты , б елки с вы соким содержанием незаменимы х аминокис лот, съ едоб ны евакцины и др.

Раст ени я – ф абри ка белков. Растения я вля ю тс я , б езусловно, наиб о- лее деш евы ми продуцентами б елков. Так, стоимос ть б елка, получ енного путем сельскохозя й ственного культивирования сои или кукуруз ы с оставля ет менее 1 долл./кг. И с пользование же микроб ны х клеток в закры ты х сис темах (ф ерментерах) и ос об енно культивируемы х клеток животны х в кач ес тве продуцентов ф армацевтич еских б елков об ходится в сотни и ты - ся ч и раз дороже. Кроме того, с интезируемы е в б актериальны х клетках ч у- жеродны е эукариотич еские б елки далеко не вс егда имею т правильную третич ную структуру (отч его завис итих б иологич еская активность) и не

могут подвергаться посттранс ля ционной	модиф икации. О тмеч енны е не-
достатки отс утствую ту рас тений .
К нас тоя щ ему времени показ ано,	ч то растения могут произ водить

б елки животного происхождения . Так, встраивание в геном араб идопсиса химерного гена, состоя щ его из ч асти геназ апасного 2S-б елкаараб идопсисаи кодирую щ ей ч асти для ней ропептида– э нкеф алина, приводило ксинтезу химерного б елкав колич естведо200 нг на1г семя н. Д ваструктурны х

б елковы х доменаб ы ли свя з аны пос ледовательностью , узнаваемой	трипси-
ном, ч то давало воз можнос ть в дальней ш ем из олировать ч исты й	э нкеф а-

лин, ис пользуемы й в кач естве б олеутоля ю щ его и ус покаю щ его с редства.

Я понские уч ены е получ или	растения картоф еля	и таб ака со встроенны м
геном ч еловеч еского интерф еронаальф а, которы й		применя ю тдля леч ения

ч еловекаотгепатитаС и некоторы х ф орм рака. С озданы растения таб акас ч еловеч еским интерлей кином 10 (с тимуля тор иммунитета), растения ара- б идопсис а, с интезирую щ ие витамин Е . П реимущ естватаких “б иоф аб рик” оч евидны . М ожно производить вещ ества, я вля ю щ иеся ранее оч ень редкими и дорогими, практич ес ки в неогранич енны х колич ествах.

Рас тения с тановя тс я продуцентами вакцин, ф армакологич еских б елков и антител, ч то позволя ет з нач ительно удеш евить леч ение раз лич ны х заб олеваний , в том ч ис ле и онкологич ес ких. Так, получ ены трансгенны е растения , продуцирую щ ие ч еловеч еский β-интерф ерон, повы ш аю щ ий иммунитет. П рич ем, такой способ получ ения β-интерф еронаоказался гораз до эф ф ективнее и деш евле, ч ем при использовании микроб иологич еских методов. Разраб отаны также подходы , позволяю щ иеполуч ать б актериальны е

антигены	в рас тениях и ис пользовать их в кач естве вакцин. Так, получ ен
картоф ель, продуцирую щ ий нетоксич ны е суб ъ единицы B-токс инахолеры .
Такие растения могут б ы ть ис пользованы для		получ ения		деш евы х
“съедобн ы х”вакц и н против холеры . И ммуниз ация такой			антихолерной
вакциной	вполне э ф ф ективно происходит путем	преорального приема.
С озданы б ананы , вы раб аты ваю щ иевакцину против полиомиелита.
И ндуц и рованная м уж ская ст ери льност ь раст ени й. В едутся ис -
следования по получ ению трансгенны х рас тений		с мужской		стерильно-
стью . Х орош о из вестно, ч то цитоплазматич еская		мужская	с терильнос ть

(ЦМ С ), воз никновение которой об условлено специф ич еским взаимодей ст-

38

вием генов я драи цитоплазмы , ш ироко использ уется в с елекции нагетерозис при произ водствегиб ридны х с емя нF1 кукуруз ы , сахарной свеклы , сорго, льнаи др. О днако не для вс ех культурудалось создать традиционны ми

способ ами с елекции линии с	ЦМ С . Д ля соз дания мужски с терильны х
транс генны х линий растений	в его геном перенося тген barnase отб акте-

рии Bacillus amyloliquefaciens, которы й кодирует об разование ф ермента РН К -аз ы , уч ас твую щ его в расщ еплении молекул РН К. Благодаря тканес - пециф ич ес кому промотору PTA29 от таб ака этот ф ермент об раз уется у транс генного растения только в одном месте (в пы льнике) и только в одно время (в период цветения ). Д еградация РН К в тканях пы льникаприводитк отс утствию с интез аб елкаи в конеч ном итоге – об разованию нежизнеспособ ной пы льцы (мужс кой стерильности).

И ндуц и рованны й п арт еногенез. В		последние годы в практич еской
селекции использ уетс я	ещ е одно направление.		О каз алось, ч то плоды
транс генны х растений	с б актериальны м	геном	iaaM (ген контролирует

один из этапов б иосинтез а ауксина), находя щ егося под промотором гена Def (ген, которы й экспресс ируетс я только в плодах), я вляю т ся п ар т ен о - кар п и чески ми , т.ес ф ормировавш имися б ез опы ления . П артенокарпич еские плоды характериз ую тся либ о полны м отс утствием семя н, либ о оч ень не- б ольш им их колич ес твом, ч то позволя етреш ить проб лему “лиш них кос то- ч ек”, например, в арб узе, цитрусовы х и т.д. Крометого, завя з ы ваниес емя н б ез опы ления оч ень важно при воспроиз водстверастений в з имнее время в ус ловия х теплицы . О пы ление – это оч ень тонкий процес с. П ы льцаф ормируется и с пособ на к опы лению только при определенной температуре и влажности воз духа, ч то трудно соб лю сти в искусс твенны х условия х. У же получ ены транс генны ерастения каб ач ков, которы е в целом не отлич аю тся отконтрольны х, нос партенокарпич ескими плодами.

4.5.Трансгенны е раст ени я в сельском хозяйст ве

Первы е транс генны е растения (растения таб ака со вс троенны ми ге-

нами из микроорганизмов) б ы ли получ ены в 1983 году, ч то откры ло необ озримы е перспективы для создания растений с улуч ш енны ми свой ствами путем перенос ав них соответствую щ их генов из других видов. П ервы е ус пеш ны е полевы еис пы тания транс генны х растений таб ака, ус той ч ивы х к вирусной инф екции, б ы ли проведены в С Ш А уже в 1986 году. П осле прохождения вс ех необ ходимы х тес тов натоксич ность, аллергенность, мутагеннос ть и т.д. первы етрансгенны епродукты поя вились в продажев С Ш А в 1994 году. Э то б ы ли томаты Flavr Savr с з амедленны м созреванием, соз - данны е ф ирмой “Calgen”, а также герб ицид-ус той ч ивая соя компании “Monsanto”. У же ч ерез 1-2 годаб иотехнологич еские ф ирмы поставили на ры нок целы й ря д генетич ески измененны х растений : томатов, кукуруз ы , картоф еля, таб ака, с ои, рапса, каб ач ков, хлопч атника, свеклы и др. В настоя щ еевремя транс генны еф ормы получ ены у 120 видов растений .

Колич ество использ уемы х в с ельском хозя й стве транс генны х (или

ген ет и чески моди фи ц и р ован н ы х = Г М ) рас тений идет по нарастаю щ ей .

39

С ей ч ас они воз делы ваю тся в 30 с транах мира, из них лидирую тС Ш А (63%

об щ ей площ ади), Аргентина (21%), Канада (6%),	Браз илия (4%), Китай
(около 4%) и Ю жная Аф рика(около 1%). Н аэти 6	стран приходитс я 99%

вс ех посевны х площ	адей трансгенны х культур. Г М –	растения вы ращ ива-
ю т также в И ндии,	Авс тралии, И спании, Румы нии,	Болгарии, Г ермании,

М екс ике, Ф ранции и др., всего в 18 странах, заметную долю которы х составляю тразвиваю щ иеся страны . С кажды м годом площ ади, з аня ты ев мире под Г М - рас тения ми, увелич иваю тся примерно на10% (рисунок13). В 1996 году транс генны е рас тения б ы ли вы сажены на об щ ей площ ади поря дка1,7 млн. га, в 2000 г. – 44,2 млн. га(ч то превы ш аетраз меры такой страны как В еликооб ритания ), 2003г. – 67,7 млн. га(ч то составляетполовину пос евны х площ адей Рос сии).

						58,7	67,7
				44,2	52,6
			39,9
		27,8
1,7	11
1996	1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003

Рис унок13. Д инамикаувелич ения об щ ей площ ади воз делы вания трансгенны х сортов сельскохозя й ственны х культурв мире(млнга)

В С Ш А генетич ески модиф ицированны ерастения составляю тс ей ч ас около 50% посевов кукурузы и сои и б олее 30-40% посевов хлопч атника. Н арос сий с ком ры нке раз реш ены для реализ ации трансгенны е сортакукуруз ы , сои, хлопч атника, с ахарной свеклы и картоф еля .

Почем у н ам т ак важ н о п олучен и е и и сп оль зован и е т р ан сген н ы х р аст ен и й? П режде всего, это свя зано с б урны м рос том населения Земли, ч ис ленность которого в нас тоя щ ее время превы ш ает6 млрд. ч еловек. Ж и- телю Рос сии в это трудно поверить, иб о у нас, нач иная с 1993 г., рождаемость неуклонно с окращ аетс я. У велич ение ч ислажителей планеты проис - ходитз асч етКитая , И ндии, П акис тане, М алай з ии и других развиваю щ ихся с транах Аз ии. П араллельно рос ту населения уменьш аетс я площ адь земель, ис пользуемы х для произ водства продуктов питания . В итоге, 800 млн. ч еловек (кажды й вос ьмой ) не имею тдос таточ но пищ и, сорок ты с яч ч еловек умираю тежедневно отнедоедания , и половинаиз них – дети. К 2010 году ч исленнос ть нас еления составитпоразны м прогноз ам от8 до11 миллиардов ч еловек. П итание и медицинс кое об служивание такого коли- ч ес тва нас еления представля ет соб ой наиб олее важную проб лему, с тоя - щ ую перед ч еловеч еством.

40

В России со 130 миллионны м нас елением и об ш ирны ми сельскохозя й ственны ми угодья ми напервы й взгля д этапроб лемане актуальна. О д- нако в нас тоя щ ее время намировом ры нке ф ермеры предпоч итаю тпокупать гиб ридны есеменанового поколения генетич ески модиф ицированны х растений (Г М Р), об ладаю щ ие улуч ш енны ми агротехнич ескими и потреб и- тельскими с вой ствами, которы е намного дороже семя ноб ы ч ной селекции, но об еспеч иваю тполуч ение гарантированны х урожаев и вы живание в ус - ловиях ры ноч ной э кономики. Так, в 2002 году транс генны е с орта дали сельс кохозя й ственной продукции на1,8 млрд тонн б ольш е, ч ем об ы ч ны е на тех же площ адя х, при этом пестицидов использ овано на21 ты с . тонн меньш е, адоходы увелич илис ь на1,5 млрд долларов С Ш А.

Кроме ф инансовой приб ы ли вы ращ ивания Г М Р несетощ утимы е социальны еи экологич ескиевы годы .

С ущ ественное увелич ение урожая сельскохозя й ственны х культур з а пос ледниедеся тилетия в з нач ительной с тепени достигнуто з асч етхимиз а- ции, механиз ации и мелиорации, ч то привело к возникновению рядаэкономич еских и э кологич ес ких проб лем, с вя з анны х с загря знением окружаю щ ей с реды , истощ ением э нергетич еских ресурсов, возрастанием затрат наединицу продукции и т.д. Кроме того, з нач ительны й прогресс в улуч - ш ении важней ш их сельскохозя й ственны х культур (например, кардинальное улуч ш ение кач ества и повы ш ение ус той ч ивости сортов к ф акторам среды ) с использованием традиционны х, класс ич еских селекции – гиб ридиз ации и отб орав б ольш инствеслуч аев достиг своегопредела.

В э той ситуации вы ращ ивание транс генны х растений , ус той ч ивы х к б иотич еским и аб иотич еским ф акторам, поз воля ет использовать низ козатратны е технологии произ водстваб ез удоб рений и пес тицидов, наземлях низ кого плодородия , в условиях з ас ухи, з асоления, экстремально низ ких или вы соких температур. Благодаря с окращ ению об раб отки полей пестицидами, использованию менее вредны х для окружаю щ ей среды герб ицидов снижаетс я химич еская загря з ненность воды и поч вы . П редотвращ ается эрозия поч вы , поскольку ис пользования Г М Р, устой ч ивы х к герб ицидам, поз воля ет перей ти на щ адя щ ий б еспахотны й метод об раб отки поч вы . Н а поля х, з аня ты х транс генны ми сортами, отмеч ено увелич ение ч исленности популя ций птиц, полезны х нас екомы х.

В нас тоя щ ее время генная инженерия , поз воля ю щ ая направленно получ ать новы е сортарастений с заданны ми (нужны ми ч еловеку) хозя й ственно ценны ми приз наками и свой ствами, я вля ется одним из наиб олее перспективны х и нестандартны х подходов для реш ения многих з адач с ельского хозя й ства. В то же время с ледуетотметить, ч то их ус пеш ное реш е- ние воз можно лиш ь при соч етании методагенной инженерии с традиционны ми методами генетики и с елекции.