Гербицидтерге төзімді трансгенді өсімдіктер

Жаңа қарқынды технологиялар бойынша ауыл шаруашылығында гербицидтер кеңінен қолданылады. Қазіргі кезде бұрын қолданылған экологияға қауіпті, сүтқоректілерге улы гербицидтердің орнына жаңа, қауіпсіз гербицидтер пайдаланылады. Бірақ олардың да кемшіліктері бар. Олар арам шөптерді жоюмен қатар екпе өсімдіктердін де өсуін біраз тежейді.

Глифосат, атразиндер, сульфонилмочевина туындылары сияқты тиімділігі жоғары гербицидтерге кейбір арам шөптер төзімді келеді. Мысалы, атразин қолданылатын егістік жерлерде, көптеген өсімдік түрлерінің төзімді биотиптері пайда болады. Қазір осындай төзімділік механизмдері мұқият зерттелуде. Сондағы мақсат - гербицидке төзімділік белгісін гендік инженерия әдісін қолданып екпе өсімдіктерге енгізу. Бұл жұмыстың атқарылу кезеңдері мынадай:

1) өсімдік клеткасында гербицидтер әсер ететін биохимиялық нысанасын анықтау;

2) гербицидтерге төзімді организмдерді сұрыптап, олардың төзімділікті кодтайтын генін бөліп алу;

3) сол гендерді клондап көбейту;

4) төзімділік гендерін екпе өсімдіктерге тасымалдап енгізіп, олардың трансформацияланған өсімдіктердегі қызметін зерттеу.

Әр түрлі химиялық қосылыстарға, соның ішінде гербицидтерге де, төзімділікті қамтамасыз ететін төрт механизм бар:

1) тасымалдаушы (транспорттық);

2) жоюшы (элиминациялау);

3) реттеуші (регуляциялау);

4) жанасушы (контактық).

Транспорттық төзімділік механизмі гербицидтің клеткаға кіруін тежейді. Жоюшы механизмі - жасушаның ішіне кірген заттар жасуша индукциялайтын факторлар әсерімен жойылады, көбінесе ол ыдыратушы ферменттер, немесе улы заттар модификациялану арқасында зиянсыз заттарға айналады. Реттеу механизм - гербицид әсерімен инактивтенетін белок немесе фермент қайтадан қарқынды синтезделе бастайды, соның арқасында қажет метаболиттің орны толады. Контактық механизм - гербицид әсер ететін нысананың (белок немесе фермент) құрылымы өзгертіледі де, гербицид зиян әсер көрсете алмайды.

Гербицидке төзімділік жалғыз бір ғана генмен белгіленеді, яғни моногендік болады. Бұл жағдай осы белгіні басқа өсімдікке рекомбинанттық ДНҚ-ны қолданып енгізу жұмысын жеңілдетеді. Сонымен бірге, гендік инженерия әдістері гербицидтерді ыдыратуын немесе модификациялауын қамтамасыз ететін ферменттердің гендерін де тасымалдау арқасында төзімді өсімдіктерді шығара алады. Ал дағдылы селекцияның әдістері ұзаққа созылады және де тиімділігі өте төмен.

Кең пайдаланылатын глифосат гербициды маңызды ароматикалық амин кышкылдарының синтезін тежейді. Ол 5-енолпи- рувилшикимат-3-фосфосинтетаза (ЕИШФ-синтетаза) ферментіне эсер етеді. Төзімді өсімдікгерде бүл ферментгін синтезі арта түседі (реттеу механизм) немесе глифосат эсер ете алмайтын мутанттык фермент пайда болады (контактық механизм). Глифосатқа төзімді өсімдіктен ЕПШФ-синтетазаның гені бөлініп алынып, ТКТВ промоторына жалғастырылып тігілді. Ті-плазмида көмегімен бұл генетикалық құрылым шырайгүл клеткаларына енгізілді. Трансформацияланған клеткалардан шыкқан регенеранттарда геннің бірақ көшірмесі болса да, олар бастапқы өсімдіктерден 20-40 есе артық ферментті синтездеген. Соның нәтижесінде глифосатқа төзімділік 10 есе арткан. ЕПШФ-синтетаза ферментінің құрамындағы 101-ші болып орналаскан бір пролин серинге алмастырылған. Төзімділікті белгіпейтін ЕПШФ- синтетазаның сондай мутанты сальмонелла бактериясынан алынған. Одан кейін осы ферменттін гені алынып, Ті-плазмида арқылы темекі клеткаларына енгізілген. Кейін олардан глифосатқа төзімді регенеранттар пайда болған. ЕПШ Ф -синтетаза ферментінін гені ядролық ДНК-да орналасқан. Синтезделген белок (фермент) өз қызметін хлоропластарда жүргізеді. Дәнді дақылдар егістігінде кеңінен қолданылатын гербицид­терге атразин жатады. Ол II фотожүйенің бір белогымен байланысып, электроңдардын тасымалдануын тоқтатады, яғни фотосинтезді тежейді. Сол құрамында пластахиноны бар белокта нүктелі мутация (серин глицинге алмастырылады) өткенде, ол гербицидпен әрекеттесу қабілетінен айырылады да, өсімдік атразинге төзімділік көрсетеді. Мутанттық белоктың гені Ті- плазмиданың көмегімен атразинге сезімтал өсімдіктерге тасымалданады. Бұл белоктың хлоропластарға өтуге мүмкіндігі болу үшін генде арнайы сигналдың тізбегі болған. Гендік инженерия әдістерімен сол гербицидтерге төзімшлігі 20-30 есе өскен темекі мен соя өсімдіктері алынған. Кенбф өсімдіктердін тезімділігі олардын гербицидтердін улы әсерін жою (детоксикация) кабілетіне байланысты. Мысалы, хлорсулъфуронға төзімділік бул гербицид молекуласын гидроксилдеу (ОН тобын косу), келесі гидроксил тобын гликозилдеу (кант калдығын косу) нзтижесінде пайда болады.

Сонымен, өсімдіктердің гербицидтерге төзімділігі әр түрлі принциптерге негізделгендіктен, оларға төзімділік белгісін енгізу жолдары да әр қилы болады.