Қолданбалы экология
–ДƏРІС. Гендік инженерияның мүмкіндіктері мен даму болашағы
жүктеу/скачать 0,65 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Белоктардың сапасын жақсарту.
- Гербицидтерге төзімді өсімдіктерді жасау.
- Патогендерге төзімді өсімдіктерді жасау.
- Зиянкестерге төзімді өсімдіктерді алу.
- 15-ДƏРІС. Трансгендік өсімдіктерден биопрепаратар алу
- Өсімдік өнімдерінің дəмі мен түсін өзгерту.
- Фотосинтездің тиімділігін арттыру.
14–ДƏРІС. Гендік инженерияның мүмкіндіктері мен даму болашағы Өсімдіктер клеткаларына бөтен генетикалық информацияны енгізу мүмкіндігі тəжірибе жүзінде дəлелденді. Осы əдістерді пайдалану негізінде бағалы қасиеттері бар өсімдіктерді шығару үшін болашақта көп үміт күтерлік жол ашылды. Өсімдіктерге бөтен гендерді тасымалдау жөніндегі деректер 1981 жылдан 65 бері белгілі. Бактериялар, жануарлар жəне өсімдіктер гендері плазмидалық Т-ДНҚ- ның рестрикциялық бөліктеріне тігіліп, өсімдік геномына нəтижелі тасымалданған. Соның арқасында гендік инженерия əдістерімен құрастырылған алғашқы өсімдіктер алына бастады. Өсімдіктерге бөтен генді Ті-плазмиданың көмегімен енгізу əрекеттері ең алдымен бактерия гендерін тасымалдаумен байланысты болды. Ол үшін көбінесе антибиотиктерге төзімділікті белгілейтін Е.соli гендері қолданылды. Бұл гендердің пайдаланудың себебі олардың өсімдік геномына тіркесуін оңай тексеруге болатындығынан. Бірақ бұл антибиотиктерге төзімділік белгісінің өсімдік үшін ешбір пайдасы жоқ. Турасын айтқанда, бұл бөтен ген нақтылы тасымалданды ма, жоқ па, тек қана соның куəсі ретінде жəне де, егер тасымалданса, онда өзіне тəн қызметін атқарып жатқанын көрсету үшін керек. Бұндай селективті маркерлік гендер өсімдіктерге туыстығы жоқ бөтен гендерді тасымалдау кезінде қолданылады. Өсімдіктер геномын гендік инженерия əдістерімен өзгертіп қайта құру мақсаты екі мəселені шешуге бағытталған. Біріншісі, трансгенозға байланысты негізгі теориялық мəселелерді шешу, ал тубінде өсімдіктердің алдын ала көзделген белгілі қасиеттері бар жаңа варианттарын шығару үшін практикалық селекцияда гендік инженерия əдістерін қолдану.
сапасын арттыру генетикалық инженерияның маңызды мақсаты. Астық тұкымдастарына жататын өсімдіктерде белоктар эндоспермде жинақталады. Екпе өсімдіктер дəнінде қор ретінде жинақталатын белоктарды құрамы жағынан бір- біріне жақын гендер кодтайды. Бұл гендердің экспрессиясы тек қана белгілі ұлпада жəне тұқьмның белгілі даму кезеніңде өтеді. Қазіргі таңда арпаның гордеин белогының 10 гені, бидайдың α-, β-глиадин жəне глютенин гендері, жүгерінің зеин гені, бұршактың легумин гені, т.б. клонданған. Бір өсімдіктің қор белогының сапасын жақсарту үшін оған басқа өсімдіктің қор белогының генін енгізу жөнінде алғашқы əрекетті 1983 жылы АҚШ-та Д. Кемп пен Т. Холл істеген. Олар бұршақтың басты қор белогы фазеолин генін Ті- плазмида көмегімен күнбағыстың геномына енгізген еді. Бұл тəжірибенің нəтижесінде «санбин» деген трансгендік өсімдік алынды. «Санбин» əзірше ешқандай іске жарамсыз, ауыл шаруашылығында пайдала-нылмайды, бірақ, сонда да, бұл тəжірибенің маңызы өте зор, себебі ол гендік инженерия əдістерін өсімдіктерге қолдануға болатындығына сенім білдіріп, биотехнологияның осы бағытының басталуын жария етті. Жүгерінің зеин деген қор белогының гені Т-ДНҚ-ға тігіліп күнбағыс геномына енгізілген. Ол үшін зеин гендері тігілген Ті-плазмидалары бар агробактериялар штаммдарын жүқтырып күнбағыстың сабағында ісікті қоздырған. Кейбір ісіктерде зеиндік мРНҚ түзілетіндігі анықталған. Бұл тəжірибе даражарнақты өсімдік генінің қосжарнақты өсімдікте транскрипциясы өтетіндігін дəлелдейді. Бірақ транскрипция өтіп, РНҚ түзілгенмен ген экспрессиясы толығымен жүрмей, трансляция процессі болмаған, яғни жүгерінің зеин белогы күнбағыс ұлпаларында түзілмеген. Сондықтан қор белоктарын кодтайтын гендерді тасымалдау өте күрделі де кебінесе сəтсіз аяқталатын процесс болып 66 тұр.
Гендік инженерияның жеңілірек іске асатын мақсаты, ол бөтен белок гендерің тасымалдамай-ақ, əр өсімдікке тəн белоктың амин қышқыл құрамын жақсарту. Көптеген астық тұқымдастарының қор белогында лизин, треонин, триптофан, ал бұршақ тұқымдастарында метионин мен цистеин жетіспейтіндігі мəлім. Белоктың құрамына жетіспейтін амин қышқылдарын қосымша енгізу арқылы белоктың сапасын жақсартуға болады. Дағдылы селекцияның əдістерімен астық тұқымдастарының қор белоктарында лизин мөлшері едəуір көтерілген. Ол үшін проламиндердің (спиртке еритін астық тұқымдастарының қор белоктары) бəр бөлігі лизині көп басқа белоктарға ауыстырылды. Бірақ соның салдарында бұл өсімдіктерде дəн уақ болып кеткен жəне жалпы түсімі кеміген. Шамасы, проламиндер дəннің толық болып қалыптасуына қажет шығар, сондықтан оларды басқа белоктармен ауыстыру түсімді төмендетеді. Осы жағдайды ескеріп, өнімділікті төмендетпейтін, бірақ құрамында лизин мен треонин көп белокты дəнді дақылдарда қалыптастыру қажет. Қор белоктардың гендерін зерттегенде, олардың мынадай ерекшеліктері анықталды: 1) оларда интрон болмайды; 2) 25 нуклеотид жұбынан тұратын ерекше тізбектері бар екен, оны эндос- перм-бокс деп атайды. Тізбек қор белоктар гендерінің экспрессиясына жағдай жасайды, сондықтан оны міндетті түрде вектор құрамына кіргізу қажет. Тіпті, осы тізбек алдында тұрған кез келген геннің өнімі тек қана тұқымда синтезделеді. Кез келген өсімдік белогының амин қышқыл құрамын жақсарту үшің, тек ауыстырылмайтын амин қышқылдарынан (мысалы, лизин, треонин, метионин) тұратын бұрын-сонды болмаған, қолдан жасалған табиғатта кездеспейтін полипептидтерді кодтайтын жаңа гендерді пайдалануға болады. Табиғатта болмаған құрамының 80%-ті ауыстырылмайтын бес амин қышқылынан тұратын полипептидті кодтайтын осындай генді 1986 жылы Джейнс қызметтестерімен химиялық синтез арқылы жасап шығарды. Ті-плазмиданы жəне Ri-плазмиданы пайдаланып, олар осы жасанды генді темекі клеткаларына енгізіп, химералық регенеранттарды алды. Сол трансгендік өсімдікте жасанды геннің экспрессиясы жүріп, мүлдем жаңа белок түзілетіні анықталды. Гербицидтерге төзімді өсімдіктерді жасау. Жаңа
қарқынды технологиялар бойынша ауыл шаруашылығында гербицидтер кеңінен қолданылады. Казіргі кезде бұрын қолданылған экологияға қауіпті, сүтқоріктілерге улы гербицидтердің орнына жаңа, қауіпсіз гербицидтер пайдаланылады. Бірақ олардың да кемшіліктері бар. Олар арам шөптерді жоюмен қатар екпе өсімдіктердің де өсуін біраз тежейді. Глифосат, атразиндер, сульфонилмочевина туындылары сияқты тиімдігі 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 əдісін қолданып екпе өсімдіктерге
67 енгізу.
Əр түрлі химиялық қосылыстарға, соның ішінде гербицидтерге де, төзімділікті қамтамасыз ететін төрт механизм бар: 1) тасымалдаушы (транспортық); 2) жоюшы (элиминация); 3) реттеуші (регуляция); 4) жанасушы (контактық). Транспортық төзімділік механизмі гербицидтің клеткаға кіруін тежейді. Жоюшы механизмі - клетканың ішіне кірген заттар клетка индукциялайтын фак- торлар əсерімен жойылады, көбінесе ол ыдыратушы ферменттер, немесе улы зат- тар модификациялану арқасында зиянсыз заттарға айналады. Реттеу механизмі - гербицид əсерімен ипактивтенетін белок немесе фермент қайтадан қарқынды синтезделе бастайды, соның арқасында қажет метаболиттің орны толады.
құрылымы өзгертіледі де, гербицид зиян əсер көрсете алмайды. Гербицидке тезімділік 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 əдістері гербицидтерді ыдыратуын немесе модификациялауын қамтамасыз ететін ферменттердің гендерін де тасымалдау арқасында төзімді өсімдіктерді шығара алады. Ал дағдылы селекцияның əдістері ұзаққа созылады жəне де тиімділігі өте төмен.
Олардың арасында ең кең тарағандары - сульфометурон метил жəне хлорсульфурон. Бұл гербицидтер ацетолактатсинтаза ферментіне кері əсер етеді. Соның нəтижесінде валин мен лейцин амин қышқылдарының синтезі шектеледі. Бұл гербицидтерге төзімділік ацетолактатсинтазаның құрамындағы кейбір амин қышқылдарының ауысуына байланысты. Гендік инженерия əдістерімен сол гербицидтерге төзімділігі 20-30 есе өскен темекі мен соя өсімдіктері алынған. Кейбір өсімдіктердің төзімділігі олардың гербицидтердің улы əсерін жою (детоксикация) қабілетіне байланысты. Мысалы, хлор-сульфуронға төзімділік бұл гербицид молекуласын гидроксилдеу (ОН тобын қосу), келесі гидроксил тобын гликозилдеу (қант қалды-ғын қосу) нəтижесінде пайда болады. Сонымен, өсімдіктердің гербицидтерге төзімділігі əр түрлі принциптерге негізделгендіктен, оларға төзімділік белгісін енгізу жолдары да əрқилы болады.
тағы да бір іске асатын жолы бар. Кейде өсімдіктің өзіне тəн табиғи төзімділік гені болса да, ол патогенге төтеп бере алмайды. Мұндай төзімсіздік гендердің экспреесиясы əлсіз болғандығына немесе гендердің қызмет қарқыны бəсеңдеуіне байланысты болады. Соның салдарынан патогендік организмдер ауру туғызып өсімдікті күйзеліске ұшыратады. Гендік инженерия тəсілімен төзімділік қасиетін кодтайтын бұл гендердің экспрессиясын реттеуіш элементерін алмастыру жəне күшті промоторды енгізу арқылы арттыруға болады немесе ол гендердің санын көбейтуге болады (амплификация). Бірқатар жағдайларда бұл жол өсімдікке бөтен құрылымдық гендерді енгізумен салыстырғанда оңай жəне тиімді болады. Себебі, 68 тасымалданған бөтен гендердің өнімдері кей кездерде клеткаға жағымсыз, тіпті зиянды болып шығуы мүмкін. Вирустар өсімдіктерге айтарлықтай зиян келтіреді жəне астық өнімділігін төмендетеді). Вирусқа төзімді өсімдіктердің төзімділік генің басқа өсімдіктерге көшіру мəселелесі зерттелуде. Вирустық инфекцияға табиғи иммунитет мына себептерге байланысты: вирустың өсімдікке кіре алмау, вирустың таралуын болдырмау, вирус ауру белгілерің басу. М.Ə. Айтхожин атындағы Молекулалық биология жəне биохимия институтында белок жəне нуклеин қышқылдары лабораториясында профессор Б. Ісқақовтың жетекшілігімен өсімдіктерді тұрақты трансформациялау жəне регенерациясын жүргізу жұмыстары жөнге салынған. Алғашқы рет Қазакстанда картоптын Y-вирусына төзімді темекі жəне картоп трансгендік өсімдіктері алынған. Вирус инфекциясына төзімді өсімдіктерді алу үшін олардың геномына вирус геномының антимағыналық кішігірім бөлігі енгізілген. Антимағыналық бөлігінің экспрессиясы өсімдіктің шаруашылық құндылығын нашарлатпайды екен. Бұл өсімдіктер егістік сынаудан өтті, сондықтан оларды жаңа сорт-тарды шығару үшін бастапқы линиялар ретінде қолдануға əбден болады. Өсімдіктер өздері де вирусқа қарсы улы белоктарды синтездейді. Мысалы, фитолакка (Рпуtо1асса атeriсапа) жапырақта жəне тұқымда сондай үш түрлі белоктарды синтездейді. Американдык «Фитолакка» фирмасы өндіретін токсин вирустармен күресуге тиімді жəне жануарларға зиянсыз. Клеткаға фитовирустар кіргенде бұл токсин өсімдіктің өзінің рибосомаларын инактивтейді, сондықтан сол клеткалар некрозға ұшырап, патогеннің көбеюіне жəне өсімдікте таралуына жол бермейді. Қазір осы белоктың гені жəне оны басқа өсімдіктерге енгізу мүмкіндікгі зерттелуде. Картопқа Erwina carotovora топырақ бактериясы үлкен зиян келтіреді. Сонымен күресу үшін Т4 бактериофагтың лизоцим ферментінің генің картопқа енгізіп, патогенге төзімді трансгендік өсімдік алынған. Лизоцим бактериялардың қабығын ыдырататын фермент. Зиянкестерге төзімді өсімдіктерді алу. Өсімдіктерді зиянкес жəндіктерден қорғау үшін химиялық заттар - инсектицидтер қолданылады. Бірақ олар сүтқоректілерге де зиян келтіреді, пайдалы жəндіктерді өлтіреді, қоршаған ортаны ластайды, бағасы қымбат болады, жəне де зиянкестер оларга тез бейімделіп кетеді. Пайдаланатын инсектицидтерге төзімділік қасиеті бар 400 астам жəндіктер түрлері белгілі. Сондықтан биологиялық жолмен куресу амалдары өзіне назар аударуды, өйткені олар əр жəндік түріне сəйкес қатаң таңдаулы əсер етеді жəне де зиянкестер биопестицидке бейімделе алмайды. Бұл бағытта əсіресе қызықтыратын микробиологиялық пестицидтер. Олар зиянкестерді өлтіретін микроб токсиндері. Мысалы, Bacillus thuringiensis микробының протоксині жапырақтармен қоректенетін жəндікетердің личинкасын өлтіреді. Протоксин жəңдіктердің ас қорыту жүйесінде белоктарды ыдырататын ферменттердің активтігін тежейді. В. thuringiensis протоксин қоршағган ортаға зиянсыз, онда ол тез арада активтігін жоғалтады. Бактерия препаратарын өсімдіктер сыртына тозаңдату тиімсіз болған, себебі зиянкес көбінесе өсімдіктің 69 ішкі ұлпаларымен қоректенеді. Төзімді өсімдкітерді шығарудың тағы бір жолы бар, ол бактериялардың холестеролоксидазаның генін пайдалану. Бұл фермент бунакденелердің ішек эпителий мембранасын бұзады, осы генмен зерттеулер жүргізілуде. Түрлі зиянкестерді өлтіретін өсімдіктердің өздерінің токсиндері соңғы кезде ғалымдардың назарын аударуда. Фитотоксиндер белок синтезін тежейді, сондықтан зиянкес жəндіктерге, микрорганизмдер мен вирустарға қарсы қорғауыш болады. Олардың ішінде ең жақсы зерттелген үпілмəлікте (клещевина) синтезделетін рицин деген белок. Оның гені клонданған жəне нуклеотид құрамы анықталған. Бірақ, рицин сүтқоректілерге улы болғандык-тан бұл фитотоксинді адам немесе мал жемейтін дақылдарды қорғау үшін қолдануға болады. Вирустар қоздыратын аурулар жəндіктер арасында кең таралған, сондығтан зиянкестермен күресу үшін олардың табиғи вирустарын қолдануға болады. Олардан өндірілген препараттарды вирустық пестицидтер деп атайды. Олардың ядохимикаттардан көп артықшылықтары бар: санаулы белгілі бір жəндіктерге ғана əсер етеді; пайдалы жəндіктерді өлтірмейді; қоршаған ортада тез ыдырайды да өсімдіктер мен жануарларға зиян келтірмейді. Қазір қолданылатын биопестицидтер энтомопатогендік вирустары мен саңырауқұлактардың табиғи штаммдары. Ал болашақта гендік инженерия əдістерімен жаңа, тиімділігі жоғары биопестицидтерді шығаруга болады.
Негізгі – 3 [3.2; 14-126]. Қосымша –2 [125-132].
1. Қазіргі таңдағы гендік инженерияның мүмкіндіктері 2. Гербицидтерге төзімді өсімдіктерді жасау 3. Зиянкестерге төзімді өсімдіктерді алу 4. Вирустық пестицидтер дегеніміз не?
Өсімдік клеткаларында кез келген организм (микроб, жануар) гендерінің экспрессиясы жүзеге аса алады, сондықтан соңғы жылдары антидене, вакцина, терапевтік белоктарды бере алатын трансгендік өсімдіктерді шығару жолында зерттеулер қарқынды жүріп жатыр. Биореактерларға қарағанда өсімдіктердің бірталай артықшылығы бар, атап айтқанда: өсімдіктерді егіс танабында өсіріп көп биомассасын алуға болады; тағамдық өнімді (дəн, көкөніс, жеміс-жидек) қосымша тазалаудың қажеті жоқ; адамға зиян пато-гендерді өсімдіктер жұқтырмайды; препарат арзанға түседі. Мысалы, биореактоларда бактерияларды, саңырауқұлактарды, адам жəне жануар клеткаларын өсіріп алынған терапевтивкалық белоктардың бағасы 10-15 есе қымбат келеді.
олар plantybody деп аталды. Əр түрлі антиденелерді түзетін трансформацияланған темекі, картоп, жоңышка, соя, астық тұқымдас өсімдіктері жасалған. Рекомбинанттық микроорганизмдермен салыстырғанда өсімдіктердің
70 артықшылығы бар. Өсімдік трансформациясы тұрақты болады, себебі бөтен ген онің хромосомасына орнығады, ал микробтардың плазмидалары ұзақ өсіргенде жоғалуы мүмкін. Бұдан басқа, жануар мен өсімдік белоктарының процесингі жəне қалануы ұқсас, ал бактерияларда эукариот белоктарының процесингі, қалануы жəне посттрансляциялық модификациялары өтуі қиын. Темекі, соя өсімдіктерінен адам иммуноглобулині алынған. Соя, күріш, бидай өсімдіктерінен ісік антитендеріне қарсы антиденелер алынған. Антиденелер тұқымда синтезделсе өте тиімді болар еді, себебі ұзақ уақыт бұзылмай сақталады. Өсімдіктер қауіпсіз жəне арзан вакциналардың продуценттері бола алады. 1998 жылы трансгендік темекі, картоп, банан өсімдіктерінен бірінші жеуге жарайтын вакцина алынды, ол В гепатитінің антигені еді. Безгекке қарсы вакцина трансгендік темекі өсімдігінен алынды, папилломавирусқа (жатыр мойын ісігін тұғызады), цитомегаловирусқа (герпес вирусы) т.б. қарсы вакциналарды өсімдіктерден алу үшін жұмыстары қазір қарқынды жүріп жатыр. Түрлі қауіпті ауруларға қарсы (қызамық, полиомиелит, дифтерия, сары безгек, т.с.с.) жеуге жарайтын вакциналарды жеміс жəне көкөніс өсімдіктерден шығарып алу мүмкіндігі көрсетілді. Терапевтикалық белоктар, атап айтқанда: интерферон, энкефалин, адам қан сарысу альбумині, глюкоцереброзидаза, т.б. алынатын трансгендік өсімдіктер жасалған. Мысалы, жануардың лейэнкефалин нейрогормон генін арабидопсис тұқымының альбумин қор белок геніне тігіп, дəнінде рекомбинантық белогы мол арабидопсис пен рапстың трансгендік өсімдіктері алынған. Гирудин деген қан ұйуының факторын, яғни тромбин ферментін тежейтің қысқа полипептидті əдетте медицина сүлігінен шығарады. Олеозин технологиясын пайдаланып оны трансгендік өсімдіктерден алуға болады. Олеозин технологиясы тұқымда май там- шыларындағы белоктарды (олеозиндерді) пайдалануына негізделген. Олеозиндер гидрофобтық белоктар, ал N- жəне С- ұштары гидрофильдік болғандықтан май тамшысының сыртына шығып тұрады. Олеозин жəне гирудин гендері бар рекомбинантық ДНҚ-сы құрастырылған, нəтижесінде трансформацияланған өсімдіктердің тұқымында гирудин синтезделіп, май тамшыларында жинақталған. Рекомбинантық ДНҚ-ға олеозин мен гирудин гендерінің арасына тағы бір лабильдік белоктың генін орналастырған (протеаза тез ыдырата алатын). Сонің арқасында кейін ұнтақталған дəннен май тамшыларын бөліп алып, оларды протеазамен өндегенде, гирудин тез арада су фракциясына өтеді.
Адам организмінде темір жеткіліксіз болғанда көп азап шегеді, темірді толықтыру үшін құрамында темірі бар организмге тез сіңетін белоктарды ферритин мен гемоглобинді пайдалануға болады. Гемоглобин гені күріш өсімдігіне енгізіліп, нəтижесінде жəнінде көп мөлшерде гемоглобин жинақталған. Өсімдік өнімдерінің дəмі мен түсін өзгерту. Өсімдік тағамдық өнімдіерінің дəмі мен түсі экономикалық маңызды белгісі, яғни қаншама жақсы болса, соншама оларға сұра-ныс арта түседі. Қазіргі таңда гендік инженерияны осы бағытта қолдану үшін тəжірибелер жасалып жатыр. Мысалы, Dioscorephyllum cummisii африкалық өсімдіктіе сахарозадан 100000 есе тəтті монеллин деген белогы бар, яғни оны қант орнына əбден пайдалануға болады. Осы белокты 71 синтездейтін трансгендік салат пен томат өсімдіктері жасалған. Сонда монеллин салат жапырақтарында жəне пісіп жетілген томат жемістерінде анықталған. Жасыл қызанақта болмаған, ал олардың пісіуін қоздыратын этилен көбейген кезде, монеллин мөлшері арта бастаған. Жемістердің түсін, түрін сақтап қалу үшін əр түрлі заттармен өндейді. Мысалы, кепкен жемістердің түсін жақсарту үшін оларды сульфитен өндейді. Жеміс кепкенде түсі қарайып кетуі полифенолоксидазаға байланысты, яғни хинон түзілу нəтижесінде жүзеге асады. Полифенолоксидаза ген антимағыналық ДНҚ- сымен тежелген трансгендік картоп өсімдіктердің түйнектерə өттегі əсерінен қараймаған, яғни фенолдық заттары тотықпаған. АҚШ-та антимағыналық РНҚ-ны қолданып қызанақ қабығы ұзақ жұмсамайтын томаттың трансгендік өсімдіктері алынған. Қабығында целлюлаза жəне полигалактуроназа ферменттерінің активтілігі тежелу арқасында қызанақтың тағамдық сапасы артқан жəне де ұзақ сақтауға, алысқа тасымалдауқа мүмкіндік туған. Жемістердің пісіп жетілуі жəне жұмсауы этилен синтезіне байланысты, сондыктан этилен биосинтезіне жауапты ферменттердің активтитігін тежеу арқылы жемістің тез пісіп қартаюын тоқтатуға болады. Ол да гендік инженерияның бір міндетіне жатады. Əлемдік өсімдіктердің гүлдері ұзақ мерзім жақсы түрінде солмай сақталуын антимағыналық РНҚ-ны пайдаланып қамтамасыз етуге болады. Тіпті култе жапырақшасындағы пигменттердің синтезін өзгертіп, гүлдің түсін өзгертуге болады. Гүл өсіру өндірісінде 70% раушан, қалампыр, қызғалдақ жəне хризантемаға келеді, сондықтан ғалымдар көбінесе осы өсімдіктермен айналысады. Флавоноид тобына жататын антоциандар кеңінен тараған гүл пигменттері. Антоциан биосинтезінің бірінші кезенің халконсинтаза жүзеге асырады. Осы ферментің мағыналық жəне антимағыналык РНҚ-сын өсімдікке енгізіп, гүлдің түсін өзгертуге болады екен.
будандардың өнімділігі бірнеше жолдармен арттырылып келеді: 1) өсімдіктің құрылымын генетикалық жетілдіру арқасында; 2) жапырақ көлемін ұлғайту арқылы; 3) өсімдіктің өнім беруші мүшелері массасы мен вегетативтік массасының өзара қатынасын өзгерту арқылы; 4) қор сақтайтын мүшелерде ассимиляттардың жинақталуын арттыру арқылы.
Ал енді өсімдіктердің өнімділігінің одан əрі де өсуі терең физиологиялық жəне генетикалық зерттеулер негізінде фотосинтез аппаратын реттеп басқару арқылы жүзеге асады. Фотосинтез аппаратының активтігін арттыру жолының бірі, ол көміртегін сіңіру процессінің генетикалық негізін өзгерту. С 4 -өсімдіктері өздерінің өсу қарқындылығымен жəне фотосинтездің қарқындылығымен сипатталады. Оларда фототынысалу процесі байқалмайды. Ал көптеген ауыл шаруашылық өсімідіктері С 3 -өсімдіктері тобына жатады. Оларда жарықта тынысалу процесі жақсы өтеді. Фотосинтез бен тынысалу процесстері өзара тығыз 72 байланысты. Олардың негізінде ең бір маңызды ферменттің - рибулозобис- фосфаткарбоксилазаның (РуБФК) екі функциясы жатады: карбоксилаза (СО 2 қосу) жəне оксигеназа (О 2 қосу) функциялары. Оттегі қосылғанда фосфогликолат пайда болады, ол фототынысалудың негізгі субстраты. Фототынысалу нəтижесінде өсімдік СО 2 сіңіру орнына, оны сыртқа шығарады да, соның салдарынан өзінің өнімділігін төмендетеді. С 4 -өсімдіктерінде РуБФК оксигеназалық активтігі төмен, жəне де пайда болтан СО 2 олар қайтадан сіңіре алады. Сондықтан, гендік инженерия алдындағы бір міндет, ол карбоксилаза активітігі артатын РуБФК ферментін жасау. РуБФК өте күрделі фермент. Ол 8 үлкен жəне 8 кіші бөлшектерден тұрады. Үлкен бөлшек белогын хлоропластық геном кодтайды жəне оның синтезі хлоропластық 70 S рибосомаларда өтеді. Кіші бөлшектер белогын ядролық геном кодтайды, оның синтезі цитоплазмалық 80 S рибосомаларда жүреді. Кіші бөлшектердің полипептидік құрамына байланысты, ферментің каброксилазалық-оксигеназалық өзара қатынасы белгіленеді. Мысалы, темекінің əр түрлерінде бұл қатынас 6-дан 12-ге дейін өзгереді. С 3 -өсімдіктерінде бұл қатынас жалпы алғанда 5-7 болады, ал С 4 -өсімдіктерінде 13-15 болады. Француз ғалымдары Кунг пен Маршо темекінің жасыл жабайы өсімдіктерінде жəне гетерозиготалық сары мутантарында РуБФК-ты зерттеген. Мутанттың өсімдіктерде фототынысалу қарқындығы өте жоғары болған жəне де жабайы түрмен салыстырғанда карбоксилаза-оксигеназа қатынасы өзгеше болған. АҚШ-та Нельсон мен Суржицкий Chlamidomonas мутанттық линияларында РуБФК ферментінде карбоксилазалық жəне оксигеназалык активтілігінің бір-біріне байланыссыз өзгеруін байқаған. Ферментінің екі функциясы да бір активтік орталыққа байланысты болғандықтан, оның оксигеназалық активтігінен толық құтылу əрине мүмкін емес. Əдетте, оксигеназалардың кофакторы ретінде флавин топтары немесе метал- лдар қызмет атқарады. РуБФК құрамында бұл кофакторлар болмаған соң, оның оксигеназалық активтігі, шамасы, 1-2 амин қышқыл қалдыктарына байланысты, ал, керісінше, карбоксилазалық активтігіне бұл амин қышқылдарының əсері болмайды. Клеткадан бөліп алынған фермент препараттарының құрамында магнийді марга- нецке алмастырғанда, РуБФК молекуласында карбоксилазалық активтік жойылған, ал оксигеназалық активтігін сақталған. Бірақ оксигеназа активтілігін тежеп, карбок- силаза активтігін асыратын кофактор əлі белгісіз. Мутагенезді пайдаланып, Rhodos- pirillum rubrum деген фотосинтезге қабілетті бактерияның ферментінде активтілік ортаның құрамындағы аспарагин қышқылының қалдығы глутамин қышқылына ауы- стырылды. Бірақ бұндай ферментінің екі функциясы да (оксигеназалық жəне карбоксилазалық) төмен болды. Сонымен, қойылған мақсатқа жету үшін, ең алды- мен РуБФК құрылымын, əсіресе активтік ортасының ерекшеліктерін егжей-тегжей зерттеу қажет. С 3
геномына леггемоглобин генін енгізу арқылы СО 2 /О 2 қатынасын өзгерту. Бұл белок оттегін өзіне қосып алып, сөйтіп молекулалық азотты сіңіретін ризобияларды оттегінен қорғайды. Бұл белоктың гені бірқатар бұршақ тұқымдастарында бар. Соңғы жылдары ғалымдар РуБФК құрылымдық бөлшектерімен гендік инженерияның айлалы əрекеттерін жасауға тырысады. Мысалы, бұршақ жапырағынан ферменттің кіші бөлшегін кодтайтын ген Ті-плазмиданың көмегімен
73 шырайгүлдің (петуния) протопластарына енгізілді. Бұл геннің экспрессиясы өтіп, ферменттің бұршаққа тəн кіші бөлшектері түзілді. Пайда болған РуБФК бұдан мо- лекуласы құрылымы жəне активтігі жағынан бұршаққа да, шырайгүлге де ұқсамаған. Сонымен қатар, С 4 -өсімдіктерден бір топ гендерді С 3 -өсімдіктерге тасымалдау жоспарлары бар. Бірақ бұл өте күрделі жұмыс, себебі фотосинтез функциясы көптеген əр түрлі гендермен кодталады. Мүмкін, Хетч пен Слек цикліне жататын фосфоэнолпируваттың карбоксилазасы мен декарбоксилазасын кодтайтын гендерді тасымалдау оңайырақ болар. Егер бұл жоспар іске асса, нəтиже трансформацияланған өсімдіктердің хлоропластарында СО 2 концентрациясы өсер еді де, фотосинтез процесінің қарқынды өтуіне себепкер болар еді. Осындай нəтижеге басқа да жолмен жетуге болады. Ол ангидраза ферментінің генін тасымалдау немесе амплификациялау (көбейту) арқылы. Бұл ферменттің мөлшері асса, хлоропластарда НСО 3 концентрациясы да өсер еді. Кейбір С 3 - өсімдіктердің фото-синтез өнімділігін жоғары, мысалы күнбағыста, ол С 4 - өсімдіктерінің өнімділігінен кем емес. Кұнбағыстың салыстырмалы РуБФК активтігі басқа С 3 -өсімдіктерден едəуір жоғары, бірақ əшірше оның себебі белгісіз. Бұл жағдай ферменттің өзіндік ерекшеліктеріне байланысты болуы мүмкін. Сонымен, фотосинтез өнімділігін арттыру бағытында гендік инженерия əдістерінің қолдану мүмкіндіктері орасан зор жəне де көп үміт күтерлік. Қортындысында мына жағдайды ескеру керек. Осында келтірілген гендік инженерия əдістерін қолданудың кейбір жолдары оның барлық мүмкіндіктерін та- мамдамайды. А. Филиппс, өсімдіктер гендік инженериясының белгілі маманы ретінде болашақты болжап, жаңа табыстарға жетудің мына үш алғы шарттарын көрсетеді: 1)өсімдіктерді өте терең зерттеу қажет, себебі инженерия процессі өсімдіктердің биохимия, физиология, эволюция процестері жөніндегі білімге байланысты; 2)көп пəндер бірігіп күш салу қажет; 3) өсімдіктер гендік инженериясы саласындағы зерттеулердің маңызы өте зор.
Əдебиет: Негізгі – 3 [3.2; 14-126]. Қосымша –2 [125-132].
1.Антиденелер алғаш рет қандай өсімдіктерден алынды? 2.Гирудин деген не? 3.Өсімдік өнімдерінің дəмі мен түсін өзгерту. 4.Фотосинтездің тиімділігін арттыру жолдары.
|