Трансгенные культурные растения это

Трансгенные культурные растения это

В течение многих лет, противники применения генной инженерии на растениях утверждают, что такого вида продукты сеют хаос в природе и вредят здоровью человека, а также обвиняют компании, занимающиеся производством такой продукции, в том, что их главная цель – это обогащение за счет здоровья людей.

С другой стороны, сторонники сельскохозяйственных биотехнологий утверждают, что модифицированные культуры помогают фермерам не потерять свои хозяйства в условиях глобальной нехватки продовольствия, коварства вредителей и сорняков, а также экстремальных погодных показателей.

Вирусолог растений Роджер Бичи (Roger Beachy) полагает, что защитники окружающей среди и эксперты биотехнологий должны все же найти общий язык и вместе двигаться к поставленной цели. Так или иначе, заставляют ли вас трансгенные культуры думать о том, насколько это вкусно, или же они вызывают у вас чувство отвращения, ниже представлены самые распространенные продукты, подвергающиеся обработке генной инженерией.

1. Соевые бобы

Какие преимущества появятся у этих растений, если они смогут не просто поглощать солнечную энергию, а будут обладать способностью ловить насекомых? Разработка структуры, необходимой для поедания насекомых – вкусный нектар, яркий заманивающий цвет, необычная форма, а также пищеварительные ферменты – должно быть очень дорогостоящая процедура.

На самом деле это не так, говорится в новом исследовании, опубликованном в американском журнале «Ботаника» (American Journal of Botany), которое проводило эксперименты с насекомоядными растениями.

2. Съедобные семена хлопка

В 2006 году исследователи университета Техас и специалисты хлопковой компании сотрудничали в области научных экспериментов для получения генетически модифицированных семян без их несъедобной части, при этом защиту растениям ученые обеспечивали сами.

В итоге им удалось получить некую субстанцию, вкус которой отдаленно напоминал орех. Ее можно использовать в качестве муки, но прежде, чем это станет реальностью в хлопкосеющих районах, необходимо преодолеть множество нормативных и логистических барьеров.

3. Ятрофа

В прошлом году растение спровоцировало политически напряженную ситуацию в Индии, где племенные общины обвинили правительство в уничтожении их родных культур для посадки ятрофы, которое они планировали использовать для производства топлива.

Селекция растения, а также возможности генной инженерии вскоре увеличат «производственные мощности» ятрофы, что поможет увеличить объемы производства и снизить количество затрачиваемых на посев гектаров. Роджер Бичи также говорит, что ятрофа и другие непродовольственные растения, вырабатывающие масло, могут быть также использованы для производства биопластика, который разлагается в почве.

4. Золотой рис

Еще в 1990-е годы, научный коллектив швейцарского федерального технологического института и сотрудники компании Syngenta обнаружили, что добавление в геном растения несколько ключевых генов цветения может резко увеличить количество содержащегося в нем бета-каротина, который в человеческом организме преобразуется в витамин А.

Хотя исследования и приостановились из-за проблем в области прав интеллектуальной собственности, все же позже частное партнерство позволило продолжить эксперименты.

Золотой рис был успешно апробирован в штате Луизиана четыре года назад, но изобретатели обвиняют бюрократию в очень замедленных темпах изучения вопроса о поставках его заграницу.

5. Устойчивый к наводнениям рис

Рональд, профессор патологии растений в университете Калифорнии в настоящий момент совместно с Дэвидом Маккилом (David Mackill) из международного исследовательского института риса работает над проектом генетически модифицированного риса.

Если полевые испытания пройдут успешно, то такой рис будет доступен уже к концу этого года.

6. Сахарная свекла

Экологи, между тем, забили тревогу, поскольку эта свекла стала устойчивой к одному из гербицидов и производит перекрестное опыление с органическими культурами.

В итоге группа адвокатов подала в суд на министерство сельского хозяйства США, а этот вид свеклы стал доступен американским фермерам некоторое время назад.

Источник



Трансгенные растения — спасители планеты или бомбы замедленного действия?

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Вот уже более 30 лет, с момента создания Г. Шеллом первого трансгенного растения, потребителей беспокоит вопрос о том, безопасны ли генетически модифицированные организмы. Новые гены в них дают большие преимущества перед нетрансформированными сородичами, увеличивая и сохраняя урожай без использования химикатов и гербицидов, но должны ли мы бояться отдаленных последствий воздействия генетически измененных продуктов питания и ограничивать себя в их потреблении? Что скрывается за аббревиатурой «ГМО» на упаковке моркови, и стоит ли содрогаться при виде этих трех странных букв? Действительно ли опасения имеют почву, или же это дезинформация потребителя производителями традиционных продуктов? Давайте разбираться.

Главный спонсор конкурса — дальновидная компания Генотек.
Конкурс поддержан ОАО «РВК».

Эта работа представлена на конкурс научно-популярных статей «био/мол/текст»-2014 в номинации «Лучший обзор».

Спонсором номинации «Биоинформатика» является Институт биоинформатики. Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon. Свой приз также вручает Фонд поддержки передовых биотехнологий.

Немного истории

На самом деле, фермеры изменяли генетический аппарат растений уже тысячи лет. Интуитивно скрещивая друг с другом определенные растения с наилучшими свойствами, фермеры заметили, что эти свойства сохраняются в потомстве. Так зарождалась селекция. После того, как в начале XX века наука взяла на вооружение генетические законы Менделя, работа селекционеров значительно упростилась. А уже в конце 20-х годов ΧΧ века исследователи обнаружили, что можно улучшить нужные свойства растений с помощью мутаций. Количество мутаций можно было увеличить с помощью рентгеновских лучей и различных химикатов. В результате таких экспериментов было получено около двух десятков различных сортов растений для пищевых целей, и такие эксперименты продолжаются и сегодня [1]. Но данный метод дает довольно непредсказуемые результаты, ведь мутации спонтанны, и сложно предугадать, какая получится — полезная или нет.

Рисунок 1. Человек занимался модификацией растений еще с древних времен. Иначе откуда у нас столько сортов каждого овоща или фрукта?

Но уже в 1981 году Шелл и его команда создала первое трансгенное растение — новый сорт табака — с помощью методик генной инженерии. С тех пор многие лаборатории по всему миру пользуются этим методом, создавая новые трансгенные растения, благодаря которым может быть побежден голод и загрязнение планеты неумеренным использованием удобрений [2].

Генетически модифицированные растения — это растения, генотип (то есть, совокупность всех генов) которых был искусственно изменен с помощью генной инженерии. Генетическая модификация отличается целенаправленным изменением генотипа организма в отличие от случайного изменения, характерного для естественного и искусственного мутационного процесса [3].

Этапы создания генетически модифицированных растений [2, 3, 4]

  1. Получение изолированного гена. Мы получаем нужный ген либо путем химического синтеза из составляющих ДНК нуклеотидов (что очень долго и дорого, а потому обычно нецелесообразно), либо путем его выделения из клеток других организмов с помощью специальных методик.
  2. Введение гена в вектор для переноса в организм. Вектор — структура, переносящая в клетку соответствующую генетическую информацию, в данном случае тот полезный ген, который был выделен в пункте 1. Обычно в виде векторов используют плазмиды или инактивированные оболочки вирусов. Для трансформации растений иногда также используют липосомы, состоящие из фосфатидилсерина и холестерина.
  3. Перенос вектора с геном в модифицируемый организм с помощью различных манипуляций. В зависимости от используемых клеток и векторов манипуляции могут быть самые разные — от простого капания вектора на необходимые клетки до обстрела клеток вектором из генной пушки.
  4. Выращивание растений из модифицированных клеток.
  5. Отбор генетически модифицированных организмов и устранение тех, которые не были успешно модифицированы.

Предположим, что создание трансгенного организма завершено (см. врезку), осталось посадить его и вырастить. Но нужно ли это делать?

Почему мы боимся трансгенных растений и оправдано ли это?

Применение трансгенных растений в сельском хозяйстве возбудило опасения и недовольство общества относительно их возможного влияния на дикую природу, здоровье человека и экологию. Например, дебаты разгорелись после публикации результатов лабораторных исследований, в которых пыльца трансгенной кукурузы убивает гусениц бабочки-монарха. Хотя вскоре после этого Агентство по охране окружающей среды США показало, что вероятность влияния кукурузы на личиночную стадию бабочки совершенно незначительна в естественных условиях или вовсе отсутствует из-за различных мест их обитания [5].

Или нашумевший эксперимент с крысами. Животных кормили трансгенной кукурузой, и у них стали появляться опухоли. Но исследователи использовали крыс линии Спраг Доули, которые в норме дают опухоли у 80% популяции. Эксперимент был опровергнут многими учеными, так как не была установлена зависимость от количества потребления кукурузы, не было контрольной линии крыс и возникало множество вопросов о правильности постановки эксперимента [6]. Но все же именно этот опыт с крысами дал достаточно сильный резонанс в обществе и подтолкнул общественность к резко негативному настрою против генно-модифицированных растений.

Рисунок 2. Крысы — одни из основных лабораторных животных. Есть множество линий этих грызунов, и многие из них отличаются серьезными особенностями физиологии. Поэтому при любом эксперименте важно правильно подбирать подопытных животных, а также проводить такое исследование, чтобы оно могло быть принято и учеными сообществом, и населением планеты.

Как трансгенные растения могут спасти экологию и людей от постоянного отравления?

ΧΧ век был веком торжества химии. Именно тогда активно применялись многие пестициды — вещества различной химической природы, используемые для защиты культурных растений от сорняков, вредителей и болезней, т.е. химические средства защиты растений. Однако для человека эти вещества могут быть вредны.

Несмотря на то, что используется много способов для очищения продуктов питания от пестицидов, они все равно так или иначе попадают на стол потребителя — через растения, которые впитали их с водой из почвы; через молоко или мясо коров и других животных, которые съели опрысканные химикатами растения; через воду, которая принесла в городскую систему водоснабжения пестициды с опрысканных полей. Пестициды будут присутствовать в продукте даже при интенсивной физической обработке, так как не разрушаются ни при высокой температуре, ни при консервации. Ни один производитель не напишет на упаковке, что в его продукте присутствуют пестициды, а они там всегда есть, хотя бы в очень малых количествах; за последние 10 лет уровень пестицидов в продуктах увеличился в 5 раз [5]. Впору задуматься. А ведь именно ненавистные многим генно-модифицированные растения могут спасти человека от ежедневного поедания химикатов.

Основной способ исключить использование пестицидов — это создать растения, устойчивые к насекомым-вредителям. Создание этой устойчивости включает в себя внедрение в генотип растения гена, отвечающего за синтез вещества, которое пагубно действует на насекомых. Были проведены исследования, которые доказали, что это вещество никак не действует на птиц, млекопитающих и человека, зато насекомые, пытающиеся съесть такое растение, погибают [4]. Именно этот способ борьбы с насекомыми спасает ежегодно многие гектары посевных площадей без вреда для окружающей среды, человека и животных.

Также есть еще один достаточно интересный метод для контроля насекомых-вредителей — внедрение в популяцию насекомых «биодиверсантов»* — носителей летальных генов, и при их размножении вся популяция погибает [5]. Это довольно интересная перспектива уничтожения вредителей, но она имеет и обратную сторону — внедрение таких особей может привести не только к уничтожению одной малой популяции, но и вида в целом, что нарушит экосистему в данной местности, поэтому этот метод широко не распространен и применяется под строгим контролем. Кроме того, в настоящее время эта методика не отработана до совершенства.

Читайте также:  Сообщение о краснокнижном растении иркутской области

* — Строго говоря, попытка справиться с насекомыми с помощью биодиверсантов на сегодняшний день выглядит утопичной. Бедные насекомые-носители летальных мутаций — такие доходяги, что с трудом могут выжить, а не то что оставить конкурентоспособное потомство, которое вытеснит нативных насекомых. — Ред.

Рисунок 3. Нерегулируемое распыление пестицидов на поле. Откуда вы знаете, что ветер или вода не занесет химикаты на ваш стол, в ваши форточки или в вашу питьевую воду?

Растения, которые спасают десятки тысяч жизней

Очень часто можно слышать или читать о вреде трансгенных растений, о подозрительных экспериментах, проводимых над животными, но почему-то обычно на второй план уходит одна из главных задач этих организмов, с которой они замечательно справляются — спасение от голода и нехватки жизненно важных питательных веществ жителей нашей планеты. Количество населения растет с каждым годом: нас уже больше 7 миллиардов [7], и традиционное сельское хозяйство не может прокормить такое количество народа. Вспомним трансгенные растения, благодаря которым удалось спасти миллионы жизней.

Например, золотой рис. Наверняка многим знакомо это название, но вряд ли кто-либо интересовался, что оно значит и откуда взялось это растение. А на самом деле это трансгенный организм, который впервые появился всего лишь в 2000 году, но уже спас миллионы жизней в Юго-Восточной Азии и Африке только потому, что в его геном был вставлен ген, взятый из очаровательного цветка — нарцисса. Этот ген кодирует производство β-каротина — про-витамина А [8]. Пятнадцать лет назад по статистике только в Индии четверть миллиона детей слепла от болезни, проявляющейся при дефиците витамина А — куриной слепоты, и более 13 млн. человек ежегодно заболевали этой болезнью. Недостаток β-каротина также усугубляет множество детских и респираторных заболеваний. Ежедневное потребление порции «золотого» риса способно обеспечить человека витамином А на 20–40%. Кроме того, проведенные в 2012 году исследования показали, что β-каротин золотого риса усваивается у детей лучше, чем β-каротин шпината или масла, и к тому же он намного доступнее и дешевле. Улучшение детского питания позволило сократить заболеваемость на один миллион в год [9].

Рисунок 4. Обыкновенный (слева) и золотой (справа) рис. Первый шаг к спасению от мирового голода и дефицита незаменимых веществ.

Опасны ли трансгенные растения для человека и экосистемы?

Каждый интересующийся темой трансгенных растений слышал ужасающую историю о том, что части их ДНК могут встраиваться в человеческие хромосомы и вызывать невероятные, опасные для жизни мутации. Вряд ли сейчас кто-либо может дать ответ, где и когда появилась эта идея, но разъяснить ее необходимо.

На уроках биологии в школе всем, даже тем, кому совершенно чужда эта наука, рассказывали о том, как функционирует пищеварительная система, как белки, жиры и углеводы распадаются каждый до маленьких «кирпичиков», из которых они состоят. Так же и ДНК всех без исключения организмов на нашей планете состоит из маленьких составляющих — нуклеотидов. Их всего четыре — аденин, гуанин, цитозин и тимин, — и у каждого организма они одинаковы, начиная от маленьких водорослей в океане и заканчивая львом или человеком. Поэтому, когда ученые встраивают ген в организм, они используют эти же четыре кирпичика. И также как белки, жиры и углеводы, гены, будь они природные или внесенные в растения человеком, распадутся в пищеварительной системе на составляющие — нуклеотиды [2]. Ведь если предположить, что чужеродные ДНК, попадающие в нас каждый день даже с традиционной пищей, встраивались в нас с каждым ее приемом, то каждый из нас давно бы стал похожим на морковку или коровку, в зависимости от личных предпочтений. Но ведь мы до сих пор люди, не так ли?

Рисунок 5. Строение ДНК — от хромосомы до нуклеотида. Строение ДНК одинаково у всех организмов независимо от их вида, происхождения или модификации. А пищеварительная система человека устроена именно так, чтобы разбить любую попадающую в нее ДНК на ее составляющие — нуклеотиды.

А теперь обсудим возможные опасности, которые может представлять трансгенные растения для экосистемы. В большинстве статей поднимаются два возможных варианта влияния генно-модифицированных растений на экосистемы планеты — это вытеснение устойчивыми к внешним воздействия модифицированными растениями их диких собратьев из экологических ниш, что может привести к изменению флоры, а также «утечка» трансгенов в окружающую среду [10]. Рассмотрим подробнее оба этих варианта.

Первой проблемой обеспокоено много ученых, ведь, на первый взгляд, все трансгенные растения приспособленнее своих диких собратьев. Но на деле это те же культурные сорта растений, которым необходим уход и забота со стороны человека, иначе их вытеснят сорняки [10]. Да, проблема является до сих пор открытой и вызывает множество споров; однако заметим, что за тридцатилетнюю историю культивирования трансгенных растений ни одно из них еще не встречалось в дикой природе.

А вторая проблема, над которой бьются экологи, — это «миграция» трансгенов между популяциями: то есть перенос генов между трансгенными сортами и дикими подвидами растений [5]. Ученые давно обсуждению эту проблему и методы ее избежания, но однозначной политики на данный счет нет.

Делая обзор о проблемах генно-модифицированных растений, всегда необходимо упоминать об экологических проблемах, о рисках влияния на окружающую среду. Но вряд ли риски генно-модифицированных растений сравнятся с рисками выбросов химических соединений, используемых при традиционном культивировании растений, в атмосферу и воду.

Какое будущее нас ждет?

Население нашей планеты неуклонно растет, а каждый новый человек требует ресурсов для жизни. Традиционное сельское хозяйство, в частности растениеводство, не может удовлетворить потребности всех людей, и поэтому его приходится совершенствовать. Новое всегда пугает и вызывает опасения. В начале развития компьютеров человечество боялось их; так и теперь боится новых, непонятных достижений генной инженерии. Общество подозрительно, люди хотят знать, что они едят. И это правильно, но отказываться от новых способов прокормить миллиарды человек было бы совершенно неразумно, особенно если учесть тот факт, что на данный момент это единственное разрешение проблемы голода и недостатка важнейших питательных веществ для людей во всем мире. Главное — не бояться видеть в новом положительное, узнавать о нем все, что можно узнать, и делать выводы на достоверных фактах. Тогда мы сможем спастись от множества заблуждений.

Источник

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017

Эта проблема заключается в огромном увеличение производства продуктов питания, несмотря на то, что за последние 40 лет производство увеличилось в 2.5 раза, все равно этого не достаточно. И в мире в связи с этим наблюдается социальный застой, который становится все более настоятельным.

ТРАНСГЕННЫЕ РАСТЕНИЯ

Трансгенные растения — это те растения, которым «пересажены» гены других организмов.

Картофель, устойчивый к колорадскому жуку, был создан путём введения гена, выделенного из генома почвенной тюрингской бациллы Bacillus thuringiensis, вырабатывающий белок Cry, представляющий собой протоксин, в кишечнике насекомых этот белок растворяется и активируется до истинного токсина, губительно действующего на личинок и имагонасекомых, у человека и других теплокровных животных подобная трансформация протоксина невозможна и соответственно этот белок для человека не токсичен и безопасен. Опрыскивание спорами Bacillus thuringiensis использовалось для защиты растений и до получения первого трансгенного растения, но с низкой эффективностью, продукция эндотоксина внутри тканей растения существенно повысило эффективность защиты, а также повысило экономическую эффективность ввиду того, что растение само начало продуцировать защитный белок. Путём трансформации растения картофеля при помощи Agrobacterium tumefaciens были получены растения, синтезирующие этот белок в мезофилле листа и других тканях растения и соответственно непоражаемые колорадским жуком. Данный подход используется и для создания других сельскохозяйственных растений, резистентных к различным видам насекомых.

Генетические изменнные растения с устойчивостью к различным классам гербицидов в настоящее время являются наиболее успешным биотехнологическим продуктом. Дело в том, что биотехнология позволила совершить такой прыжок, так как оказалось возможным генетически изменять устойчивость растений к тем или иным гербицидам либо путем введения генов, кодирующих белки, нечувствительные к данному классу гербицидов, либо за счет введения генов, обеспечивающих ускоренный метаболизм гербицидов растений.

МЕХАНИЗМ УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ К ГЕБИЦИДАМ

Изучение механизма устойчивости к гербицидам с целью получения методами генетической инженерии культурных растений, обладающих этим признаком, включает следующие этапы:

Выявление биохимических мишеней действия гербицидов в растительной клетке

Отбор устойчивых к данному гербициду организмов в качестве источников генов устойчивости

Клонирование этих генов

Введение их в культурные растения и изучение их функционирования.

Существуют четыре принципиально различных механизма, которые могут обеспечивать устойчивость к тем или иным химическим соединениям, включая гербициды: транспортный, элиминирующий, регуляционный и контактный.

Транспортный механизм устойчивости заключается в невозможности проникновения гербицида в клетку. При действии элиминирующего механизма устойчивости вещества, попавшие внутрь клетки, могут разрушаться с помощью индуцируемых клеточных факторов, чаще всего деградирующих ферментов, а также подвергаться тому или иному виду модификации, образуя неактивные безвредные для клетки продукты. При регуляционной резистентности белок или фермент клетки, инактивирующийся под действием гербицида, начинает усиленно синтезироваться, ликвидируя таким образом дефицит нужного метаболита в клетке.

Контактный механизм устойчивости обеспечивается изменением структуры мишени (белок или фермент), взаимодействием с которым связано повреждающее действие гербицида.

Установлено, что признак гербицидоустойчивости является моногенным, то есть признак детерминируется чаще всего одним-единственным геном. Это очень облегчает возможность использования технологии рекомбинантной ДНК для передачи этого признака. аддиционные методы селекции создания сортов, устойчивых к гербицидам, очень, длительны и малорезультативны. Наиболее широко применяемый за рубежом гербицид глифосат (коммерческое название Roundup) подавляет синтез важнейших ароматических аминокислот, воздействуя на фермент 5-енолпирувилшикимат-З-фосфатсинтазу (ЕПШФ-синтаза). Известные случаи устойчивости к этому гербициду связаны либо с повышением уровня синтеза этого фермента (регуляционный механизм), либо с возникновением мутантного фермента, нечувствительного к глифосфату (контактный механизм). Из устойчивых к глифосфату растений был выделен ген ЕПШФ-синтазы и поставлен под промотор вируса мозаики цветной капусты. С помощью Ti-плазмиды эта генетическая конструкция была введена в клетки петунии. При наличии одной копии гена в регенерированных из трансформированных клеток растениях синтезировалось фермента в 20 — 40 раз больше, чем в исходных растениях, но устойчивость к глифосфату увеличилась только в 10 раз.

К числу наиболее распространенных гербицидов, используемых при обработке зерновых культур, относится атразин. Он подавляет фотосинтез, связываясь с одним из белков фотосистемы II и прекращая транспорт электронов. Устойчивость к гербициду возникает в результате точечных мутаций в этом пластохинон связывающем белке (замена серина на глицин), вследствие чего он теряет способность взаимодействовать с гербицидом. В ряде случаев удалось осуществить перенос гена мутантного белка в чувствительные к атразину растения с помощью Ti-плазмиды. Интегрированный в хромосому растений ген устойчивости был снабжен сигнальной последовательностью, которая обеспечивала транспорт синтезируемого белка в хлоропласты. Химерные растения проявляли значительную устойчивость к таким концентрациям атразина, которые вызывали гибель контрольных растений с геном белка дикого типа. Некоторые растения способны инактивировать атразин путем отщепления остатка хлора ферментом глутатион-S-трансфераза. Этот же фермент инактивирует и другие родственные гербициды триазинового ряда (пропазин, симазин и др.).

Читайте также:  Луга московской области растения лугов

Существуют растения, естественная устойчивость которых к гербицидам основанных на детоксикации. Так, устойчивость растений к хлорсульфурону может быть связана с дезактивацией молекулы гербицида путем его гидроксилирования и последующего гликозилирования введенной гидроксильной группы.

Устойчивость растений к тем или иным патогенам чаще всего является сложным мультигенным признаком.

Одновременная передача нескольких локусов трудна даже методами генной инженерии, не говоря о классических методах селекции. Более простым является другой путь. Известно, что у устойчивых растений при атаке патогенов изменяется метаболизм. Накапливаются такие соединения, как Н2О2, салициловая кислота, фитоаллексины. Повышенный уровень этих соединений способствует противостоянию растения в борьбе с патогенами. Вот один из примеров, доказывающий роль салициловой кислоты в иммунном ответе растений. Трансгенные растения табака, которые содержат бактериальный ген, контролирующий синтез салицилат гидролазы (этот фермент разрушает салициловую кислоту), были неспособны к иммунному ответу. Поэтому изменение генно-инженерным путем уровня салициловой кислоты или выработки в растениях в ответ на патоген Н2О2 может быть перспективным для создания устойчивых трансгенных растений.

В фитовирусологии широко известен феномен индуцированной перекрестной устойчивости растений к вирусным инфекциям. Сущность этого явления состоит в том, что заражение растения одним штаммом вируса предотвращает последующую инфекцию этих растений другим вирусным штаммом. Молекулярный механизм подавления вирусной инфекции пока неясен. Показано, что для иммунизации растений достаточно введения отдельных вирусных генов, например генов капсидных белков. Так, ген белка оболочки вируса табачной мозаики перенесли в клетки табака и получили трансгенные растения, у которых 0,1% всех белков листьев был представлен вирусным белком. Значительная часть этих растений при инфицировании вирусом не проявляла никаких симптомов заболевания. Возможно, что синтезирующийся в клетках белок оболочки вируса мешает вирусной РНК нормально функционировать и формировать полноценные вирусные частицы. Установлено, что экспрессия капсидного белка вируса табачной мозаики, вируса мозаики люцерны, вируса огуречной мозаики, Х-вируса картофеля в соответствующих трансгенных растениях (табак, томаты, картофель, огурцы, перцы) обеспечивает высокий уровень их защиты от последующей вирусной инфекции. Причем у трансформированных растений не отмечалось снижения фертильности, нежелательного изменения ростовых и физиологических характеристик исходных экземпляров и их потомства. Полагают, что индуцированная устойчивость растений к вирусам обусловлена особым антивирусным белком, очень похожим на интерферон животных. Представляется возможным методом генетической инженерии усилить экспрессию гена, кодирующего этот белок, путем его амплификации или подстановки под более сильный промотор.

СОВРЕМЕННЫЕ ТРАНСГЕННЫЕ И ГЕРБИЦИДОУСТОЙЧИВЫЕ РАСТЕНИЯ

Самыми распространенными из трансгенных сельскохозяйственных растений является соя (51 %), за ней следуют быстро набирающая объемы культивирования кукуруза (31 %), хлопок (13 %) и рапс (5 %). Необходимо отметить, что некоторые генно-модифицированные культуры (например, ГМ-соя) уже обогнали по захваченной площади свои «традиционные» аналоги. Рис. 2.16. Рост общих площадей под посевами биотехнологических культур в 1996-2007 гг. (по данным ISAAA). В 2007 г. по сравнению с 2006 г. произошло увеличение площадей на 12 % или 12,3 млн га (разрешено к публикации www.isaaa.com) По рейтингу свойств коммерциализированных трансгенных растений, составленному Международной службой по использованию агробиотехнологии (ISAAA), на протяжении всего периода культивирования с 1996 по 2007 гг. первое место занимают гербицидоустойчивые культуры, затем следуют Bt-культуры, устойчивые к насекомым-вредителям, за ними — комбинированные культуры (оба этих признака), в последние годы появились культуры, совмещающие три признака. В 2007 г. все устойчивые к гербицидам культуры (соя, кукуруза, рапс, хлопок, люцерна и др.) суммарно занимали 63 %; Bt-культуры -18 %; комбинированные культуры с двумя или тремя признаками -19 %. В 2007 г. по сравнению с 2006 г. быстрее всего увеличивались площади посевов комбинированных культур (с двумя и тремя признаками) — на 66 %; затем идут Bt-культуры — 7 % роста и устойчивые к гербицидам культуры — 3 % роста. Начинает увеличиваться доля культивируемых трансгенных растений, устойчивых к вирусам, грибкам, нематодам и другим вредителям, холоду, жаре, засухе или долго не портящихся при хранении. Новые сорта способны не только расти, но и приносить хороший урожай там, где старые сорта просто не могли выжить (слишком холодно или тепло, или сухо).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Численность населения планеты составляет 7,3 млрд (на 2016 г.), в год увеличиваясь примерно на 80 млн. По прогнозам ООН, к 2020 г. Население Земли к 2050 г. превысит 9 млрд чел. Уже сейчас продовольствия не хватает (около 800 млн чел. в мире голодают), а в дальнейшем эта проблема только обострится, так как увеличение производства продуктов питания стало отставать от прироста населения. Все возможные территории для землепользования уже освоены, традиционные способы повышения продуктивности сельскохозяйственного производства себя уже исчерпали, а дефицит продовольствия продолжает нарастать. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

Биотехнология [Электронный ресурс]: Раздел «Генная инженерия». — Электр. дан. – С-П.: [1995-2010]

Википедия. Свободная эциклопедия [Электронный ресурс]: Wikipedia® — зарегистрированная торговая марка Wikimedia Foundation, Inc., некоммерческой организации – Электр. дан. – М.: [2012]

Эрнст Л. К. Современное состояние и перспективы использования трансгенных технологий в животноводстве. – М.: РАСХН, 2002. Зиновьева Н. А.

Трансгенные животные и возможности их использования. – Б. м., 2001. Власова З.А. Справочник по биологии. – М., 1998.

Источник

Трансгенные растения: получение и использование

Вопрос о генетически модифицированных растениях все более актуализируется в последние годы. У трансгенных технологий есть свои противники и защитники, тем не менее с течением времени ситуация не становится яснее. В статье речь пойдет о том, что такое генетически измененные растительные культуры, в чем их плюсы и минусы, будут приведены трансгенные растения с примерами.

Актуальность проблемы

Население планеты Земля на начало 2016 года составляло 7,3 миллиарда человек и стремительно увеличивается по сей день. Многие народы на планете ощущают постоянную нехватку пищи и воды. Это связано с вредным воздействием человека на природу, в результате которого истощается плодородие почвы.

В XX веке было утеряно не менее 20 % плодоносящих территорий на всей планете. Их площадь и сейчас продолжает уменьшаться в результате биологической деградации, опустынивания земель, смыва полезной поверхности, изъятия участков под другие нужды.

Переход на возделывание технических культур для изготовления метанола ведет к сокращению площади посевных земель, что еще более усугубляет положение с питанием человека.

Исследования Минздрава России показали, что питание населения характеризуется уменьшением количества биологически ценных продуктов. В итоге образуется нехватка белков, витаминов и прочих полезных элементов.

Научные сообщества прогнозируют увеличение количества человечества на Земле до 9-11 миллиардов к 2050 году, поэтому требуется удвоить или даже утроить объемы земледельческой продукции по всему миру. Это увеличение неосуществимо без введения трансгенных растений, помогающих повысить объем урожаев и снизить цену на продукты, а также содержащих свойства, которых нет у растений, выращенных по традиционной технологии.

Суть технологии

У любого живого организма есть гены, определяющие все его признаки. Сложные цепочки генов формируют свойства. Сама цепочка называется генотипом (геномом).

Ранее новые гибридные сорта получались в результате соединения родительских растений, которые менялись генами друг с другом, и получались новые признаки. Этот процесс занимал большое количество времени, а конечный продукт не всегда соответствовал ожиданиям.

Благодаря развитию новых технологий стало возможным изменение генотипа растений гораздо быстрее посредством введения необходимых генов. Это направление научной деятельности получило название генной инженерии. Растения с измененными генами называются трансгенными или генномодифицированными. Генные инженеры создают новые генотипы. Поэтому удается быстрее получать новые растения. Также появилась возможность трансформации генотипа с конкретной целью.

Примеры генных модификаций

Генная инженерия помогает вводить гены, устойчивые к различным вредным факторам:

  • Гербицидным средствам.
  • Пестицидным составам.
  • Фитопатогенным микроорганизмам.

Вводятся также гены, увеличивающие срок созревания, фиксирующие азот. Удается улучшить аминокислотный белковый состав растений.

Развитие сельскохозяйственной промышленности и посадки одних и тех же культур на огромных территориях приводит к размножению вредителей и переносу заболеваний. Для борьбы с ними ученые создают многочисленные химические составы. Вредители постепенно приспосабливаются к ядам и становятся устойчивыми. Экологическая ситуация при этом ухудшается: гибнут нужные насекомые, а в почву попадают опасные химические вещества.

Генная инженерия предлагает создание генов, вырабатывающих защиту от вредителей. У томатов убирают ген, вызывающий быстрое гниение. В огурцы добавляют гены, отвечающие за образование сахара, в итоге получается сладкий огурец. Чисто теоретически подобные методы позволяют вырастить идеальные растения, которые дают высокий урожай, не боятся паразитов и не заболевают.

Такая практика осуществляется с 1984 года. Первое трансгенное растение зарегистрировано в 1983 году. Это был табак, в клеточные структуры которого внедрили сторонние гены. Испытания табака в поле были произведены в 1986-м в США. А в 1994 году в США в продажу поступила трансгенная пища. Это были томаты с низким сроком вызревания и соя. Через два года на рынок вышел целый перечень генетически преобразованных культур: кукуруза, томаты, картофель, соя, рапс, редис, кабачок, хлопчатник.

С тех пор генные модификации применяются ко всем сельскохозяйственным культурам, их посевы увеличиваются. Это объясняется экономической выгодой. Ведь колорадский жук уничтожает обширные посевы картофеля, из-за чего теряются миллиарды долларов. Решением выступает трансгенный картофель, не подверженный колорадскому жуку. Можно и далее называть трансгенные растения с примерами. На сегодняшний день их список довольно обширен. Практически все сельскохозяйственные культуры получили своего генного двойника.

Научный процесс

Создание трансгенных растений начинается с внесения определенных генов в растительные клетки для интеграции в их хромосомы. Процесс введения чужих генов упрощается, если сначала клеточные стенки удалены посредством ферментов: пектиназы или целлюлазы, что ведет к появлению протопластов. Новые гены внедряют в протопластные структуры, после чего клетки культивируют в питательных условиях, затем образованные клетки применяют для восстановления растений.

Основная задача генной науки — это трансгенные растения, устойчивые к гербицидам и к вирусам. Для этого используется метод введения трансгенов, которые экспрессируют внутри клеток антитела против вирусного белка. Выведение культур, не подверженных вирусам, позволило создать надежную защиту растений от многих видов вирусных растительных заболеваний.

Основными методами получения трансгенных растений являются:

  1. Применение агробактерии. Заключается во внедрении специальной бактерии в генотип растений.
  2. «ДНК-пушка». В этом случае ученые буквально «выстреливают» своей ДНК в клетку. В итоге такие «пули» встраиваются вместе со своей ДНК в необходимое место.

Положительное значение

Селекция не давала возможности получить растения с большим объемом витаминов. Развитие биохимии обеспечило такую возможность. Например, был выведен «золотой рис» с повышенным содержанием витамина А. Получена земляника с высоким содержанием витамина С. Произведена соя, в которой в пять раз повышено количество витамина Е.

С помощью растений продуцируются различные ценные белки, вакцины, антитела. С помощью растительных систем создаются рекомбинантные белки в промышленных масштабах. Самым первым был получен гормон роста человека в 1986 году. С тех пор синтезировано множество белков, среди которых:

  • авидин (используется при молекулярно-биологических исследованиях);
  • казеин (молочный белок, используемый как пищевая добавка);
  • коллаген и эластин (белки для медицины).

С помощью генетически измененных растительных организмов решаются вопросы очищения окружающей среды. Например, создаются растения-биодеградаторы. Они могут помогать разложению нефти и прочих опасных веществ на обширных территориях.

Чтобы очистить воды и почвы, можно применять растения, которые поглощают вредные вещества из окружающей среды, особенно тяжелые металлы. В подобных опытах лидирует табак, обладающий всем этими способностями.

Для выполнения задач очищения растения высаживают на загрязненных территориях, затем убирают и засевают новой партией «очистителей». Чтобы очищать воду, такие растения должны погружаться корневой системой в водные растворы.

Тенденции отрасли

Процесс получения трансгенных растений включает несколько составляющих:

  1. Выведение сортов, характеризующихся высоким уровнем урожайности.
  2. Создание культур, способных давать несколько урожаев за год. (Например, выведена клубника, плодоносящая дважды за один летний сезон.)
  3. Получение трансгенных растений, устойчивых к насекомым. (Существует картофель, уничтожающий картофельного листоеда.)
  4. Выведение сортов, преодолевающих любые погодные условия.
  5. Разведение растений, продуцирующих животные белки. (В Китае выведен сорт табака, производящего человеческий лактоферрин.)

Применение трансгенных растений помогают решить ряд вопросов, среди них: дефицит продовольствия, агротехнические сложности, развитие фармакологии и многие другие. Благодаря генномодифицированным растениям уходят в прошлое вредные пестициды, оказывающие пагубное влияние на состояние окружающей среды. Трансгенные растения, устойчивые к насекомым, – это не фантастика, а вполне реальное явление в земледельческой отрасли.

Отличия генномодифицированных и природных растений

Простому обывателю отличить природные и трансгенные растения не представляется возможным. Это выясняется путем лабораторных анализов.

Минздрав России в 2002 году обязал производителей маркировать продукты, имеющие в составе более пяти процентов геннопреобразованного материала. Но в реальности такую маркировку практически никто не ставит. Соответствующие проверки выявляют подобные нарушения регулярно.

Для получения права на ввоз, получение и продажу генномодифицированной продукции существует государственная регистрация, являющаяся платной процедурой. Это крайне невыгодно производителям продуктов питания.

Маркировка на продукте вовсе не означает, что пища принесет вред человеку. Между тем многие покупатели ее расценивают как опасный сигнал.

Генетически измененные растения – какие они?

В России прошли регистрацию и необходимые проверки все 10 видов трансгенных растений. К ним относятся:

  • соя двух видов;
  • кукуруза пяти разновидностей;
  • картофель двух сортов;
  • свекла;
  • сахар из этой свеклы.

На Западе генномодифицированные товары имеют наклейки, ими завалены прилавки магазинов. В России тоже много подобных продуктов, хотя соответствующей маркировки на них нет. Однако все эти товары привезены из других стран. В России генетически преобразованные культуры встречаются пока только в научных экспериментах. Неподдельную гордость для ученых представляет картофель, от которого погибают картофельные листоеды.

Экологи выступают против подобного картофеля. Проведены исследования, показавшие, что от поедания такой картошки у крыс меняется формула крови, соотношения органов тела, возникают различные патологии. Впрочем, по мнению ученых, это не повод отвергать отрасль в целом.

Трансгенные разработки гораздо проще селекционных методов, а порой и безопаснее. Трансгенные продукты стоят значительно дешевле натуральных, поэтому пользуются спросом у слаборазвитых государств. В перспективе натуральные овощи и мясо станут товаром маленьких магазинов с высокими ценами.

Преимущества и недостатки генетически измененных растений

Есть два противоположных мнения о ценности трансгенных технологий. Одни ученые считают трансформацию генотипических данных совершенно безопасной для организма человека и очень полезной для развития сельского хозяйства. Другие полагают, что результат подобных трансформаций покажет себя лишь спустя многие годы.

Появление трансгенных растений также разделило мир пополам. В числе тех, кто за, — США, Канада, Австралия, Аргентина и многие другие. Против выступает Европа и множество стран с отсталой системой земледелия.

Аргументом против трансгенных растений является мнение, что такие культуры со временем сами превратятся в неискоренимые сорняки или будут соединяться с другими посадками, загрязняя окружающую среду. Конечно, это вполне возможно.

Ситуация в мире и в России

На европейских прилавках генномодифицированные товары встречаются очень редко. Государственные власти принимают строгие законы, обязывающие маркировать такие продукты. Существуют также нормы по ДНК. Подобная позиция Европы носит политический и экономический характер.

В России подобных законов пока нет. Впрочем, нет и законов, разрешающих сажать генноизмененные культуры. Можно вести разработки по получению новых сортов, а также разрешено завозить геннопреобразованные продукты из иностранных государств. В Россию импортируются трансгенные соя и кукуруза.

Общественное мнение на ситуацию с генноизмененными товарами формируют представители СМИ. Они раздувают скандалы и занимают сторону врагов геннопреобразованной продукции. Научные доказательства безопасности ее при этом остаются в тени.

Есть ли повод для беспокойства?

Любые растения, подверженные генетической трансформации, проходят обязательные проверки на безопасность, прежде чем получить разрешение на массовое применение. Государственные ведомства исследуют экологические и токсикологические риски при выращивании данных культур. Никаких серьезных опасных последствий после употребления генномодифицированных продуктов до сих пор не зарегистрировано.

Генная инженерия предлагает довольно радужные перспективы: трансгенные растения не заболевают и не гниют. Но не стоит забывать и древнюю поговорку: «Природа не терпит пустоты». Куда деваться болезням и вредителям? Неужели паразиты останутся без пищи и вымрут? К чему приведет подобное явление, пока неясно.

По мнению противников трансгенных технологий, инженеры-генетики совершают насилие над природой. Они, в отличие от селекционеров, перемещают любые гены в любых направлениях, что неминуемо приведет к печальным последствиям. Впрочем, в свое время и врачей-хирургов обвиняли за дерзость вмешиваться в человеческое тело, а сегодня медицина шагнула далеко вперед, и действия врачей ни у кого не вызывают споров.

Как бы то ни было, остановка прогресса невозможна. Вероятно, использование трансгенных растений – это недалекое будущее сельскохозяйственной промышленности. Причем разработки генной инженерии смогут помочь сельскому хозяйству выйти из многих затруднительных ситуаций. А новые биотехнологии обеспечат решение и прочих проблем (продовольственных, технологических и политических).

Теперь становится понятно, что такое трансгенные растения (ГМР), привести пример и ответить на этот вопрос сможет любой читатель статьи.

Источник

Что такое трансгенные растения и примеры

Мы все чаще слышим термин «трансгенные растения», но знаете ли вы, что они означают и для чего они используются? Научное сообщество, стремясь улучшить качество жизни людей, с помощью биотехнологии разработало этот тип растений.

Его целью является не что иное, как сохранение генетической информации растений. Это кажется простым, но на самом деле это функция настолько необходимая, насколько сложная; Благодаря этому научному прогрессу, сегодня мы можем наслаждаться более качественными продуктами или гораздо более точными лекарствами для лечения болезней, среди других примеров.

Поскольку мы хотим помочь вам понять, что такое трансгенные растения, далее мы покажем вам полное руководство о том, что такое трансгенные растения, с примерами, фотографиями и пояснениями.

Вас также может заинтересовать: что такое морские растения?

Что такое трансгенные растения?

По сути, трансгенное растение является генетически измененным . Происхождение трансгенных растений, однако, не установлено учеными, скорее, этот перенос генов происходит в самой природе. Бактерия agrobacterium tumefaciens, найденная в почвах по всему миру, с незапамятных времен отвечает за естественные генетические скрещивания.

Например, в природе, когда растение подвергается порезу или ране, бактерии внедряются в него и переносят его гены. Процедура, которая использует эту бактерию, является той же самой, используемой учеными сегодня.

Разница между этими двумя методами заключается в том, что при естественном переносе передается не только необходимый ген, но и неизбежно передаются другие нежелательные гены. С другой стороны, сорта трансгенных растений, созданные с помощью генной инженерии, имеют преимущество, заключающееся в том, что они включают только конкретный ген, который требуется, чтобы растение могло сохранять всю свою генетическую информацию без различий.

Как создаются трансгенные растения

Биотехнологи используют различные методы, чтобы имитировать естественный процесс трансгенеза . Вот некоторые из этих методов:

  • Во-первых, существуют физические методы, такие как биолистика, которая заключается в прямой передаче генов с помощью металлических микросфер, вставленных непосредственно в клетку, которые должны быть модифицированы.
  • Существуют также биологические методы . С помощью этой техники вы должны выбрать вектор, который передает ген, будь то вирус или бактерия. Примером может служить ген, который способствует трансгенным растениям, устойчивым к засухе.

Продукты, полученные с помощью этих методов, тестируются, чтобы убедиться, что они безопасны для взаимодействия с окружающей средой, но, кроме того, также оценивается воздействие, которое они могут оказать на человека.

Примеры трансгенных растений

Есть бесчисленные примеры трансгенных растений. В последние годы были достигнуты улучшения в производительности сельскохозяйственных культур, продуктов питания и биореакторов, также называемых заводами по производству лекарств.

Ученые делят трансгенные растения на 3 группы :

В первом из них есть те, которые были задуманы, чтобы принести пользу производству сельскохозяйственных культур и, следовательно, фермеру. Например: растения с лучшими морфологическими характеристиками, а также с большей устойчивостью к вирусам и бактериям, к гербицидам, насекомым и даже к неблагоприятным условиям окружающей среды. Среди них есть:

  • Растения папайи на Гавайях.
  • Кукуруза Bt.

С другой стороны, существуют трансгенные растения, которые были разработаны для улучшения питательных свойств некоторых продуктов, делая их более здоровыми и безопасными. Например:

  • Золотой рис с витамином А.
  • Соевое масло

Последняя группа связана с улучшением растений для получения приложений в области фармацевтики . Вместе с ними поощряется разработка вакцин, антител и ферментов:

  • Из вирусного вектора в табаке получают антитело, которое способствует лечению неходжкинской лимфомы.
  • Из картофеля и трансгенного салата получают вакцину, предотвращающую гепатит В.

Преимущества и недостатки трансгенных растений

Генерация трансгенных растений имеет неоспоримые преимущества для человечества. Тем не менее, существуют также последствия, которые необходимо изучить, чтобы их можно было улучшить в последовательных научных достижениях. Вот некоторые из преимуществ и недостатков трансгенных растений:

Преимущества трансгенных растений

  • Это повышает устойчивость видов растений, которые могут быть затронуты вредителями, пестицидами, животными и изменениями климата.
  • Он способствует производству лекарств и фармакологических продуктов, которые способствуют поддержанию и улучшению здоровья людей и животных.
  • Он генерирует продукты с лучшей питательной ценностью или адаптированные к конкретным потребностям населения.
  • Это увеличивает агропродовольственное производство в любой среде и улучшает адаптацию и производство в агрессивных средах (например, в условиях сильной засухи).
  • Молекулярное сельское хозяйство является более дешевым методом, чем другие биологические системы для генерации белков.

Недостатки трансгенных растений

Как и любая технология, она также требует совершенствования процесса проб и ошибок, поэтому трансгенные растения подвергаются строгому контролю для высвобождения. Тем не менее, они оказывают сопротивление в секторах общества по следующим причинам:

  • Потеря биоразнообразия является скрытой проблемой, и ее трудно контролировать, поскольку трансгенное растение может распространяться за пределы места его выращивания. Это вызывает гибридизацию местных видов, влияющих на автохтонные сорта региона.
  • Устойчивые гены, включенные в определенные культуры против некоторых видов насекомых, могут в конечном итоге повлиять на другие, не связанные с этими растениями.

Дискуссия о том, стоит ли продолжать создавать трансгенные растения, все еще открыта в научном сообществе. Мы надеемся, что помогли вам понять, что такое трансгенные растения и какое влияние они оказывают на наше общество. Если вас заинтересовала эта информация, вы можете взглянуть на следующие статьи:

Источник