Зиянкестер мен ауруларға төзімді трансгенді өсімдіктер

Ауыл шаруашылығына микроб, саңырауқұлақ, вирустық патогендер мен әр түрлі жәндіктердің тигізетін зияны орасан зор. Сондықтан түрлі аурулар мен зиянкестерге төзімді өсімдік сорттарын шығару ауыл шаруашылық биотехнологияның ең бір өзекті міндеті және де гендік инженерияны практикада қолдану жолындағы үздік мәселе болып табылады. Өкінішке орай, түрлі патогендерге өсімдіктің төзімділігі көптеген гендермен белгіленеді. Бір мезгілде бірнеше локустарды тасымалдау мәселесін гендік инженерия әдістерімен шешу қиын, ал дағдылы селекция әдістеріменен де тіпті мүмкін емес. Қазір гендік инженерияның айлалы әрекеттерімен тек қана жалғыз бір ген немесе хромосоманың бір бөлігінде жалғаса орналасқан бір топ гендер ғана белгілейтін төзімділік белгісін тасымалдап өсімдікке дарытуға болады.

2- сурет. Лабораториялық жағдайда трансгенді өсімдік өсіру

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 экспрессиясы әлсіз болғандығына немесе гендердің қызмет қарқыны бәсендеуіне байланысты болады. Соның салдарынан патогендік организмдер ауру туғызып өсімдікті күйзеліске ұшыратады. Гендік инженерия тәсілімен төзімділік қасиетін кодтайтын бұл гендердің экспрессиясын реттеуіш элементтерін алмастыру және күшті промоторды енгізу арқылы арттыруға болады немесе  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.

Фитовирусологияда индукцияланған айқас төзімділік деген құбылыс белгілі. Бұл құбылыстың мәні мынадай. Егер өсімдікке вирустың бір штамын жұқтырса, ондай өсімдік сол вирустың басқа штамдарына да төзімді болады. Бұл құбылыстың молекулалық механизмі әлі анықталмаған. Өсімдікте иммунитет пайда болу үшін оған вирустың өзін емес, тіпті жеке гендерін, мысалы капсида белоктарының гендерін енгізу жеткілікті екен. Темекі теңбіл вирусының қабықша белогының генін темекі клеткаларына тасымалдап, трансгендік өсімдіктер алынған. Олардың жапырағында жалпы белоктардың 0,1% вирус белогы болған. Бұл өсімдіктердің көбі вируспен зақымданбаған. Шамасы, өсімдік клеткаларында синтезделетін вирус қабығы өзгертілген белогы мен вирустык РНҚ қосыла алмайды. Сол себептен вирустар көбеймейді.

Темекі, томат, картоп, қияр, бұрыш трансгендік өсімдіктерінде теңбіл ауруын қоздыратын вирус штамының капсида белогының экспрессиясы оларға басқа штамның инфекциясын жұқтырмайды. Бұл өсімдіктердің ұрықтануы төмендемеген, өсу және физиология процестері өзгермеген. Өсімдіктерді зиянкес жәндіктерденкорғау үшін химиялық заттар - инсектицидтер қолданылады. Бірақ олар сүтқоректілерге де зиян келтіреді, пайдалы жәндіктерді өлтіреді, қоршаған ортаны ластайды, бағасы қымбат болады, және де зиянкестер оларға тез бейімделіп кетеді. Пайдаланатын инсектицидтерге төзімділік қасиеті бар 400 астам жәндіктер түрлері белгілі. Сондықтан биологиялық жолмен күресу амалдары өзіне назар аударуда, 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, Васilus thuringiensis микробының токсині жапырақтармен қоректенетін жәндіктердің личинкасын өлтіреді. В. thuringiensis штамдары бірнеше токсиндерді түзеді. Олар зақымдайтын жәндіктер түріне және де тиімділігіне қарай ерекшеленеді. Қазір 20-ға жакын токсиндер белгілі. Түрлі штамдар токсиндерінің гендері клонданған, олардың нуклеотидтік тізбегі анықталған және ол гендер микроорганизмдердің басқа түрлеріне, мысалы, Pseudomonas fluorescens клеткаларына енгізілген. Бұл кең таралған зиянсыз эпифиттік микроб, көптеген екпе өсімдіктердің нормалы микрофлорасына жатады, соның ішінде тамыр жүйесіне де. Тәжірибелер көрсеткендей, токсин түзетін Рs. fluorescens  трансгендік жасушалары бірқатар өсімдіктерді зиянкестерден қорғай алатын қабілетке жеткен.

Осы токсиннің генін өсімдікке тікелей енгізу әрекеттері істелген. Токсинді синтездейтін темекі трансгендік өсімдіктері алынған. Бұл өсімдіктер Моnduca sexta деген зиянкес жәндіктің гусеницаларына төзімді болған. Үш тәулік бойы бұл трансгендік өсімдік жапырағымен қоректенген гусеницалар уланып қырылған. Токсинді түзуші ген және оның арқасында пайда болған төзімділік қабілет доминанттық белгі ретінде тұқым қуалаған.

Вирустар коздыратын аурулар жәндіктер арасында да кен таралған, сондықтан зиянкестермен күресу үшін олардын табиғи вирустарын колдануға болады. Олардан өндірілген препараттарды вирустык пестицидтер деп атайды. Олардың ядохимикаттардан көп артықшылыктары бар: санаулы белгілі бір жәндіктерге ғана әсер етеді; пайдалы жәндіктерді өлтірмейді; қоршаған ортада тез ыдырайды да өсімдіктер мен жануарларға зиян келтірмейді.