ОҚулық Қазақстан Республикасы Білім жəне ғылым министрлігі бекіткен Алматы, 2011 2


 Биотехнология жетістіктерін өсімдіктер өнімділігін жоғарылатуда



жүктеу 4.09 Mb.
Pdf просмотр
бет14/23
Дата28.12.2016
өлшемі4.09 Mb.
түріОқулық
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   23

3. Биотехнология жетістіктерін өсімдіктер өнімділігін жоғарылатуда
пайдаланудың маңызы
Өсімдіктер  биотехнологиясы  саласындағы ғалымдардың жұмыстары, өнімнің
шығымдылығын  жəне  оның  қоректік  құндылығын  арттыруға, қолайсыз  табиғи
жағдайларға  жəне  əртүрлі  фитопатогенді  микроорганизмдер  мен  зиянкестердің
əсеріне төзімділігін жоғарылатуға, сонымен қатар, мəдени өсімдіктердің əр түрлілігі
мен  генетикалық  ресурстарын  сақтау  мəселелеріне  бағытталған. Мəдени
өсімдіктердің  түрлерін  жəне  сұрыптарын  көбейтудегі  жаңа  жетістіктер, өсімдік
жасушаларын дақылдау əдістерін жетілдірумен байланысты болып келеді.
Екінші  дүние  жүзілік  соғыстан  кейін  жаңа  астық  дақылдарының  жоғары
өнімді  сұрыптарын  шығару  бағытында  селекциялық  жұмыстар  жүргізіле  бастады.
Олардың нəтижесінде бидайдың (Мексикада), күріштің (Филиппинде), ақ жүгерінің
(сорго), сұлының, жүгерінің жəне т.б. астық тұқымдастарының жаңа сұрып түрлері
пайда болды. Бұл жаңа сұрыптарды жергілікті желілермен шағылыстыру, өнімділігі
жоғары  жəне  табиғаттың  қолайсыз  жағдайларына  төзімді  өсімдіктер  алуға
мүмкіншілік  туғызды. Қазіргі  зерттеулер  зиянкестер  мен  əртүрлі  ауруларға,
құрғақшылыққа  төзімді  өсімдіктерді  сұрыптау  мен  дақылдауға  бағытталып  отыр.
Бұл  шағылыстыру  əдістеріне  негізделіп  қана  қоймай, сонымен  қатар  өсімдіктердің
биологиялық  əртүрлілігін  қамтамасыз  ететін  молекулалық  жəне  жасушалық
механизмдерге  бағытталған  əсер  арқылы, мəдени  өсімдіктердің  жаңа  сұрыптарын
алуды  көздейтін, гендік  инженерия  əдістеріне  жəне  жасушалардың, протопластар
мен ұлпалардың дақылдарын пайдаланатын жаңа технологияларға сүйенеді. Өсімдік
объектісіне  бейімделген, рекомбинантты  ДНҚ  технологиясы  түр  аралық
шағылыстыруда  кезедесетін  кедергілерге  қарсы  тұруға  жəне  ауруға  шалдыққан
өсімдік ұлпаларындағы вирустарды анықтауға мүмкіндік беруі себепті, нəтижесінде
вирустардан  сау  екпе  материалдарды  пайдалану  арқылы, сапалы  жəне  құнды  өнім
алуға қол жеткізіледі.
Осындай  мəдени  өсімдіктердің  сұрыптарын  жақсарту  мақсатындағы  қазіргі
кезде көп қолданылатын өсімдік жасушасын дақылдау əдістері қатарында, ұлпалық
жəне  жасушалық  дақылдарды  пайдалану  жəне  протопластарды  біріктіруді  айтуға
болады.
3.1 Ұлпалық жəне жасушалық дақылдарды пайдалану
Соңғы  жылдардағы  өнеркəсіптік  жəне  ауылшаруашылық  биотехнологиясы
саласының  кейбір  шаруашылыққа  маңызды  мəселелерін  шешу  бағытындағы
болашағы  зор  əдістерінің  бірі – өсімдік  жасушаларын  дақылдау  техникасы  болып
табылады, сондықтан оларды өсіру кезінде микробиологиялық дəстүрлі əдістер мен
құрал-жабдықтар қолданылады. Олардың ерекшелігі in vitro жағдайында ұзақ уақыт
өсірген  кезінде, бастапқы  өсімдіктердің  негізгі  генетикалық  белгілері  мен
тотипотенттілігін  сақтап  қалуы, нəтижесінде  дақылданған  денелік (соматикалық)

131
жасушадан өсуге  жəне көбеюге қабілетті бүтін өсімдік пайда болу мүмкіндігі  бізге
белгілі. Жыныссыз  көбею əдісімен  пайда болған өсімдікті атауға 1903 жылы  АҚШ
ғалымы  Уэббер «клон» (грекше klon - өсімдікті  көбейтуге  қабілетті, сабақ  немесе
көшет) деген терминді ұсынды.
Қазіргі  кезде  жасушалық  дақылдау  жұмыстарында  келесі  бағыттағы  жаңа
технологиялар жасалынуда:
1. Өнеркəсіптік əдіспен өсімдіктерден биологиялық активті бағалы заттар алу.
Мұндай  өндірістің  негізінде – жасушалық  дақылдардың  бастапқы  өсімдіктердің
белгілерімен бірге, екінші реттік метаболиттерді синтездеуге қабілеттілігін сақтауы
жатыр. Жасушаларды 
дақылдаудың 
кəдімгі 
плантацияларда 
өсірілетін
өсімдіктермен салыстырғанда бірнеше артықшылығы бар. Атап айтқанда:
·
мутагенез, селекция  жəне  гендік  инженерия  əдістерімен  жаңа  жасуша
штаммдарын алу мүмкіндігі;
·
продуцент-жасушалардың  өнімділігінің  климаттық  жəне  маусымдық
жағдайларға тəуелсіздігі;
·
жасушаларды 
дақылдау 
жағдайларының 
стандартизациялау 
жəне
оптимизациялау мүмкіншілігі;
·
жасушаның өсуі мен өнімділігін бақылау мүмкіндігі.
Əлемдегі  көптеген  елдерде  жүргізілген  ғылыми  зертханалардағы  тəжірибе
жұмыстары, жасушалық биомассаны өнеркəсіптік деңгейде алуды іске асырып отыр
(мысалы  Ресейде – адамтамыр (женьшень), Жапонияда – шиконин). Мұндай
өндірістің  жоғары  өнімділігі (тəулігіне  бір  литр  қоректік  ортадан 13 грамм  құрғақ
масса  алу) жəне  үлкен  көлемде  жүргізіле  алуы, дақылдау  мүмкіндігінің  тиімді
екенін көрсетеді.
2. Ұлпа  жəне  жасуша  дақылдарын  өсімдіктерді  сауықтыру  жəне  тез
клональды  көбейту  мақсатында  пайдалану. Бұл  негізінен  өсімдік  меристемасын
дақылдау арқылы жүзеге асырылады.
Апикальды  меристема  дегеніміз  дифференциацияланбаған  жасушалардан
тұратын, сабақ ұшында орналасқан, əрқашан өсуші жəне өсімдік мүшелерін түзетін,
0,1 мм-ді бөлік екендігі бізге белгілі. Ол вирустан таза болып табылады. Меристема
жасушаларының бөліну кезінде 5-6 жапырақты кішкентай өсімдіктер пайда болады.
Бірнеше  апта  ішінде  өскен  сабақты, кейіннен 5-6 кішкентай  көшеттерге
бөлшектейді. Осы  көшеттерден, қолайлы  жағдай  жасау  арқылы, қалыпты  өсімдік
өсіріледі. Клонды  микрокөбейтудің  техникасы  көп  еңбекті  қажет  ететін  күрделі
үдеріс. Бірақ  та, бұл  əдісті  пайдаланудың  маңыздылығын  арттыратын  көптеген
ерекшеліктері бар.
Мысалы, таңқурайды  осы  əдіс  арқылы  өсіру  кезінде, өсімдік  саны  жылына
50000-ға  дейін  жететін  болса, ал  қалыпты  жағдайда 50-дей  ғана  өсімдік  алынады.
Ұлпалық  жəне  жасушалық  дақылдау  əдісі  арқылы  вируссыз  жертүйнек (картоп),
бақшалық  құлпынай, таңқурай, сəндік  өсімдіктерді  алу, əртүрлі  өсімдік сұрыптары
мен  түрлерінің  коллекциясын  құру  жəне  сирек  кездесетін, жойылып  бара  жатқан
өсімдіктердің геном қорын сақтау мақсатында да қолданылады.
3. Жасушалық  жəне  гендік  инженерия  əдістерін  пайдалану  арқылы
жасушаны  генетикалық  өзгерту  жəне  оның  негізінде  өсімдікті  алу. Жасушалық

132
жəне гендік инженерия негізінде жасушаға геномды, бір топ генді немесе жеке генді
енгізу үшін келесі əдістемелік мəселелерді ескеру керек:
- генді бөліп алу (геномнан бөліп алу, синтез жəне т.б.);
- өсімдік протопластарына қажетті гендерді енгізу үшін векторларды құру;
- экзогенді генетикалық материалды нуклеаза ферментінің əсерінен қорғау;
- өсімдіктерден функциональды активті протопластарды бөліп алу.
Қарастырылып  отырған  əдістер  өсімдіктердің  əртүрлі  фитопатогендерге
төзімділігін  арттыруда, өсімдік  ақуызының  аминқышқылдық  құрамын  жақсартуда
тиімді болып саналады.
3.2 Протопластарды біріктіру
Жасушаларды  дақылдау  əдісін  жетілдіру  жəне  жекеленген  протопластарды
алу  мен  дақылдау, өсімдіктердің  соматикалық  жаушаларына  микроорганизмдерге
қолданылатын  жұмыс  істеудің  реті (принциптері) мен  ережелерін  қолдану
мүмкіндігін  ашты. Бұл  əдіс  өсімдіктердің  денелік (сомалық) жасушалары  немесе
протопластарының  популяциясын, бүтін  өсімдік  беруге  қабілетті  жеке  организм
суспензиясы деп қарастыруға мүмкіндік береді.
Жекеленген  протопластар  дегеніміз – жасуша  қабықшасынан  айырылған
денелік (сомалық) жасушалар. 1970 жылы өсімдіктің денелік жасушалар өнімдерінің
(парасексуальды) гибридизациясына  негізделген  протопластарды  біріктіру  əдісі
пайда  болды. Бұл  əдістің  мəні  жыныс  жасушаларын (гамета) емес, денелік  яғни
соматикалық (soma – дене) жасушаларын  гибридизациялауға  негізделеді. Мұндай
жолмен  алынған  гибридті  ұрықтан  гибридті  өсімдік  дамиды. Парасексуальды
гибридизация  əдісімен  əртүрлі  түр  аралық  жəне  түр  ішіндік, туыс, тұқым  аралық
(тек жасушалық деңгейде) гибридтер алуға болады, бірақ бұл күрделі қондырғылар
мен  арнайы  жағдайларды  қажет  етеді. Сонда  да, қазіргі  кезде  əртүрлі  өсімдіктерге
қолданбалы  денелік (соматикалық) гибридизация  əдісімен  гибридтерді  алудың
технологиясы  дайындалуда. Қазіргі кезде  жертүйнектің  жəне  темекінің  түр аралық
парасексуальды гибридтері, яғни жаңа өсімдіктердің партиясы құрылуда.
Протопластарды  біріктіру  арқылы  жаңа  гибридті  өсімдік  түрін  алу, өсімдік
шаруашылығындағы  селекциялық  жұмыстарының  жаңа, жоғары  технологиялық
деңгейі болып табылады.
4. Жасушалық, генетикалық жəне хромосомалық инженерияның
өсімдіктердің жаңа сұрыптарын шығарудағы маңызы
4.1 Жасушалық инженерияны өсімдіктердің жаңа сұрыптарын шығаруда
қолдану
Соңғы  жылдардағы  ғалымдардың  жүргізген  зерттеу  жұмыстарының
нəтижелері  бойынша  арнайы  қоректік  ортада  өсімдіктердің  ұлпаларын,
жасушаларын  жəне  протопластарын  өсіру  арқылы  өсімдіктердің  жаңа  сұрыптары
мен  түрлерін  шығару  мүмкін  екендігін  көрсеткен. Қоректік  ортада  өсіріліп  жатқан
көптеген жасушалар ішінен жаңа қасиеттері барларын таңдап алуға болады. Таңдап

133
алынып, жаңа  қоректік  ортаға  отырғызылған  жасуша, əлі  дифференцияланып  біте
қоймаған көптеген  жаңа жасушалар – каллустар береді. Осы каллустарда  олардың
өмір  сүру  жағдайларын (қоректік  ортаның  құрамын) өзгерте  отырып, өскіндердің
пайда  болуын  шақырып, ал  кейіннен  оларды  жаңа  қоректік  ортаға  апарып  егу
арқылы  тұтас  өсімдік  алуға  болады. Мұндай  өсімдік  тек  бір  ғана  денелік
(соматикалық) жасушадан  пайда  болуы  себепті, бастапқы  шыққан  өсімдік
жасушасының  тұқымдық  белгілерін  сақтап  қалады. Мысалы, бастапқы  жасуша
топырақ  тұздылығына  немесе  қандайда  бір  патогенді  микроорганизмдерге  төзімді
болған  болса, одан  өсіп  шыққан  өсімдік  те  дəл  сондай  қасиеттерге  ие  болады.
Сондықтан жасушалық селекция деп аталатын əдістің ең маңызы осында.
Жасушалық  селекцияның  өсімдіктердің  кең  қолданылатын  дəстүрлі
селекциясынан  бірталай  артықшылығы  бар. Мұның  ең  басты  артықшылығы –
селекциялық  үдерістердің  қарқындылығын  көп  деңгейде  арттыруға  мүмкіндік
береді. Мысалы, өсімдіктердің  жаңа  сұрыптарын  дəстүрлі  селекциялық  əдіспен
шығару  үшін  кемінде 10 немесе  кейбір  жағдайларда 20 жылға  дейін  уақыт  кетеді.
Ал жылдан-жылға өсіп келе жатқан азық-түлікке деген сұраныс, өсімдік өнімділігін
арттыруға  бағытталған  сұрыптау  жұмыстарының  нəтижелілігін  арттыруды  талап
етеді. Жасушалық  селекцияда  болса, өсімдік  жасушаларын  өсіру  зертханалық
жағдайда  жылдың  барлық  мерзімдерінде  жүргізілуі  себепті, осы  саланың
маусымдық  ерекшеліктеріне  аса  бағына  қоймайды. Бұдан  басқа, селекциялық
жұмыстың  қарқындылығы  жалпы  жұмыс  көлемінің  азаюына  байланысты  артады.
Өйткені  жұмыстың  көп  кезеңі  зертханалық  жағдайда  жүргізілуі  себепті, əр  жылы
гибридті  өсімдіктерді  өсіруге  пайдаланылатын  өте  көп  жер  телімдерін  өңдеп-
қараудың  қажеті  болмай  қалады. Егер  де  жасанды  қоректік  ортада  өсіріліп  жатқан
əрбір жасушаны жеке ағза (өсімдік) деп қарайтын болсақ, онда жасушалық əдістегі
бір  тəжірибеде  ондаған  миллион  болашақ  толыққұнды  өсімдіктерді  күтіп-қарауға
мүмкіндік  туылады. Дəстүрлі  əдіс  бойынша  даладағы  жер  үлескілерінде  жұмыс
істейтін селекционер мұндай мүмкіншілікке ие бола алмайды. Ең көп дегенде бағбан
мың дана көлеміндегі өсімдіктермен жұмыс істеуі мүмкін.
Дəстүрлі  селекцияда  əрбір  сұрыптарға, тұқымға, кейде  тіпті  түрге  жататын
өсімдіктердің  аналық  жəне  аталық  ұрықтарын  қосу  жұмыстары  жүргізіледі. Бірақ
мұнда  жыныстық  ұрықтану  аталық  жəне  аналықтар  ретінде  белгілі  бір  ағзаларды
пайдалану 
мүмкіншіліктерімен 
шектеледі. Атап 
айтқанда, жыныстық
гибридизациялау  жұмыстары  тек  қана туыс  түрлерге жататын  өсімдіктер  арасында
жүзеге  асырылады  Денелік  жасушаларынан  бөлініп  алынған  протопластарын
біріктірудің  ашылуы, өсімдік  гибридтерін  алудың  жаңа  мүмкіндіктеріне  қол
жеткіздірді. Екі протопластардың біріктірілуі нəтижесінде пайда болған жасушадан
селекционерлер тарапынан қызығушылық тудыратын жаңа өсімдік өсіп шығады.
Қоректік  суспензияда  екі  протопластардың  өздігінен  қосылуы  өте  сирек
кездесуі  себепті, ғалымдар  осы  үдерісті  жеделдететін  əртүрлі  заттарды  қолдана
бастаған. Бұл мақсатта бастапқыда натрий нитраты қолданылды. Бірақ та, кейіннен
əсері  күштірек  заттар  табыла  бастады, мысалы  жоғары  концентрациядағы
полиэтиленгликоль пайдаланылды.
Протопластардың қосылуы нəтижесінде пайда болған жаңа жасушада екі ядро
болады  жəне  олар  кейіннен  бірігіп  кетуі  немесе  жеке  тұруы  мүмкін. Егер  де

134
протопластағы  екі  ядролар  бірігетін  болса, онда  хромосомалар  саны  екі  еселенеді.
Кейбір жағдайларда тек бір ғана ядросы бар гибридті жасуша алуға қол жеткізіледі.
Мұндай  гибридтерге цибридтер  деген  атау  қолданылады (яғни  цитоплазмалық
гибридтер). Сондықтан денелік жасушаларды біріктіру арқылы өсімдіктердің бұрын
өзара  көбейе  алмайтын  сұрыптары  мен  түрлерін  будандастыру  мүмкіндіктерінің
ашылуы, селекция  саласында  жаңа  жетістіктерге  қол  жеткізуге  мүмкіндіктер
тудырады.
4.2 Генетикалық инженерияны өсімдіктердің жаңа сұрыптарын
шығаруда қолдану
Генетикалық  инженерияның  əдістері  бастапқыда  микроорганизмдерде
сынақтан  өтіп  жасалынып  шығарылған  болатын. Осы  əдістерді  өсімдік  пен
жануарлар  жасушаларында  қолдануға  талпыну  көптеген  қиыншылықтарға
соқтырған. Гибридті (рекомбинантты) ДНҚ-ны  тəжірибе  жұмыстарында  қолдануға
дейін, көптеген  ғалымдар  бактериялар  мен  жоғарғы  сатыдағы  өсімдіктердің  гендік
құрамы  бірдей  болады  деген  пікірде  еді. Бұл  пікірге  ғалымдар  ақуыз  синтезінің
барлық ағзаларда бірдей түрде жүретіндіктеріне көз жеткізген соң келген еді. Бірақ
та, сонан  кейінгі  жүргізілген  зерттеу  жұмыстарының  нəтижелері, бактериялар  мен
жоғарғы  сатыдағы  ағзалардың  ген  құрамдарының  өзгешелеу  болатындықтарын
көрсеткен. Мұндағы  ең  басты  таң  қаларлық  ерекшелік – өсімдіктер  мен
жануарлардың гендерінде ақуыз синтезіне жауапты үлеске (бұлар кейіннен экзондар
деп  аталды) жəне  мұндай  қызмет  атқармайтын  бөліктері (бұлар  интрондар  деп
аталды) анықталған болса, бактерияларда интрондар мүлде жоқ болып шыққан.
Ақуыз  синтезі  бірнеше  кезеңдерден  тұратыны  белгілі. Біріншіден  ДНҚ-да
болатын  мəліметтер  иРНҚ-на  көшіріліп  жазылады. Кейіннен  информациялық  РНҚ
(иРНҚ) рибосомаға түсіп, онда осы алынған мəлімет негізінде ақуыз синтезі жүзеге
асырылады. Жалпылай алғанда өсімдіктер мен жануарлардың жəне бактериялардың
ақуыздарында  өтетін осы механизмдер  бірдей  болады. Ерекшелік олардың  ДНҚ-да
информациялық РНҚ-ның синтезделінетін бірінші кезеңіне қатысты жүреді жəне ол
өсімдік  пен  жануарлар  жасушасында  кездесетін  интрондарға  байланысты  өтеді.
Сондықтан бактериялар мен жоғарғы сатыдаға ағзалар, мəнерлей айтқанда «əртүрлі
тілде  сөйлеуі» себепті  бір-бірін  түсіне  алмайды. Мұнда  бактериялардың «тілі»
өсімдіктер  мен  жануарларға  қарағанда  қарапайымдау  болып  келеді  деп  айтуға
болады.
Интрондардың болуы гендік-инженерлік ауыстырулар жүргізу жұмыстарының
өтуін  өте  қиындатады. Өсімдіктер  мен  жануарлардың  гендерін  бактериалды
жасушаларына жай ғана ендіру жұмыстары оңай жүзеге асырылады. Атап айтқанда,
бұл  гендер  плазмидаларға  оңай ендіріледі, белсенді  түрде  көбейе  де  алады, алайда
бактериалды  жасушаға  ендірудегі  басты  мақсаты – қажетті  ақуыз  синтезін  атқара
алмайды.
Қандай  жолмен  өсімдік  пен  жануарлардың  гендерін  бактериялардың
жасушасында  жұмыс  істеуге  мəжбүрлеуге  болады? Ол  үшін  бактерияларды –
жоғары сатыдаға  ағзалардан  əкелінген  гендерден түсетін  бұйрықтарды (яғни тілін)
түсінуін  қамтамасыз  ету  қажет  болады. Бұл  мақсатта  осындай  гендердегі  бактерия

135
жасушалары  түсінбейтін интрондарды алып тастау қажет. Осы бағытта жүргізілген
зерттеу  жұмыстарының  барысында  ғалымдар, жануарлар  мен  өсімдіктер
жасушаларының  ДНҚ-ғы  ақуыз  синтезі  кезінде  информациялық  РНҚ  түзілетінін
жəне  эндонуклеаз  рестрикциясы  арқылы  интрон  бар  үлескіні  алып  тастауға
болатынын  анықтаған. Кейіннен  бұл  үдеріс сплайсинг (лат. сөзінен  ауд. қосылу,
бірігу) деп  аталды. Сплайсинг  нəтижесінде  өсімдіктер  мен  жануарлар
жасушаларында  бактериалды  жасушасындағыдай  информациялық  РНҚ  пайда
болады.
1970 жылы АҚШ-тық ғалым Говард Темин ДНҚ орнына РНҚ бар вирустарды
зерттеу  нəтижесінде, олардың  көбеюі  барысында  РНҚ  матрицасында  ДНҚ
синтезделеді  деген  тұжырымға  келеді. Осы  уақытқа  дейін  ғалымдар  ақуыз  синтезі
кезінде  нəсілдік  мəліметтер  тек  бір  бағытта – ДНҚ-нан  РНҚ-на  беріледі  деген
пікірде  еді. Г. Темин  РНҚ-дағы  ДНҚ  синтезі  ревертаза  немесе  қайтарма
транскриптазасы  деп  аталатын  ерекше  фермент  арқылы  жүзеге  асырылады  деген
пікірге  келеді. Егер  де  осы  ферментті  өсімдік  пен  жануарлардың  жасушаларынан
алынған информациялық РНҚ-ын ДНҚ синтездеу бағытында пайдаланса не болады
деген  сұрақ  туындайды. Осындай  жолмен  алынған  ДНҚ  құрамында  қажетсіз
интрондардың  болмауы  себепті, бактериялардың  өсімдіктер  мен  жануарлар
гендерінің «тілін» түсінуі  мүмкін  ғой? Шынымен, генетикалық  инженерия
саласының мамандары өз қолдарына осындай ферменттерді алғанннан соң, жоғары
сатыдағы  ағзалардың  гендерін  бактерия  жасушаларында  жұмыс  істете  бастады.
Қайтарма транскриптаза əдісі арқылы бактериялардың адам ағзасының ақуыздарын,
мысалы, гемоглобиннің ақуыздық бөлігі – глобинді синтездеуіне қол жеткізілді.
Бактериалды  гендерді  өсімдік  жасушаларына  ендіру  бағыты  да  біршама
қиындықтар  туғызады. Себебі, бір  бактериалды  генді  екіншісіне  тасымалдау  үшін
қолданылып  келінген  көптеген  плазмидтердің, өсімдіктер  жасушаларында  өз
қызметтерін  атқара  алмайтындықтары  белгілі  болды. 1976 жылы  агробактериум
тумефациенстің өсімдіктердегі қатерлі  ісік (рак) ауруын тудыруының негізгі себебі
– олардағы  ерекше  Ти  плазмидасының  болуынан  екендігі  анықталған. Қазір
ғалымдар осы бағыттағы ізденіс жұмыстарын жүргізуде.
4.3 Геномдық жəне хромосомалық инженерия əдістерін
фитобиотехнологияда қолдану
Əртүрлі  өсімдіктердің  жасушалар  геномын  ұрықтық  жəне  сомалық  жолмен
гибридтеуге болады. Бұлардың біріншісі – табиғи жəне жасанды жолмен жүргізілуі
мүмкін болса, екіншісі – тек қана жасанды əдістер арқылы атқарылады. Өсімдіктерді
жыныстық  жолмен  гибридтеу  бұрыннан  белгілі  жəне  адамдар  оны  ерте  кезден  ақ
қолданып келген.
Сомалық  гибридтеу  əдісі 1892 ж. Дж. Клерк  алғаш  рет  телорез (Statiotes
aloides) деп  аталатын  су  өсімдігінің  протопластарын  бөліп  алған  жұмыстары
нəтижелерінен кейін бастау алады.
Бактериялар  мен  микроскопиялық  саңырауқұлақтарының  интактты (лат.
Intactus – қол  тимеген, таза) жасушалары  сияқты, өсімдіктердің  денелік (сомалық)
жасушалары  да  қалыпты  жағдайда  бір-бірімен  қосылмайды. Бұл  үшін  алдын-ала

136
олардың  жасуша  қабығы  алынып, протопластарға  айналуы (трансформациялануы)
қажет болады.
Протопласт (грекшеден protos – алғашқы, plastos – пайда  болған, жасалған)
дегеніміз – жасуша  қабықшасынан  айрылса  да  сақталып, зат  алмасу  қабілеттілігі
мен  қолайлы  жағдайда  қайтадан  қабықша  түзу  қабілеттілігін  жоғалта  қоймаған
жасушалық түпнұсқа.
Протопластарды  механикалық  жəне  биохимиялық (энзиматикалық) əдістер
арқылы алуға болады.
Бірінші əдіс бойынша жүргізілетін өсімдік жасушасының плазмолизінде 0,1%
сахароза  ертіндісі  қолданылып, эпидермисті  тілу  арқылы  қоректік  ортаға  босаған
протопластар жіберіледі.
Энзиматикалық  əдістерінің  протопластарды  алудағы  тиімділігі  əртүрлі. Бұл
əдістерде  əрбір  өсімдіктер  үшін  жекелей  ферменттер  таңдап  алынуы  тиіс, бірақ  та
көбінесе  целлюлазалар, пектиназалар, гемицеллюлазалары  жекелей  немесе  қоспа
түрінде  пайдаланылады. Мысал  алғанда, Nicotiana tabacum  өсімдігі  жапырағының
протопластарын  алу  үшін, эпидермистен  ада  болған  жапырақ  ұлпасын, құрамына
0,5% пектиназа, 2% целлюлаза  жəне 0,7 М  маннит  немесе  сорбит  ертіндісі  бар
ферменттер  қоспасын; жоңышқа  сұрыптары (клевер, люцерна) жапырақтарының
протопластарын  алу  мақсатында 2-5% гликаназ  бен  пептидазалардың  қоспалары
жəне т.б. пайдаланылады.
Салыстырмалы  түрде  протопластарды  алудың  энзиматикалық  əдісін  қолдану
жақсы  деп  есептелінеді. Бірақ  та  қайсібір  əдістерді  таңдап  алғанда  да  осмостық
қысымды  тұрақтандырғышты (стабилизатор) лайықтау  қажет, өйткені  онсыз
протопластардың плазмоптизі (плазмолизге қарама-қарсы құбылыс) тез белең алуы
мүмкін. Осындай  тұрақтандырғыштар  ретінде  бейорганикалық  тұздардың (СаСl
2
,
КСl, N
2
HPO
4
) ертінділері, органикалық  гликольдер (маннит, сорбит), моно  жəне
дисахаридтер (гликоза, ксилоза, сахароза), жобамен  алғанда 0,3-0,8 м/л
көлемдерінде  жиі  қолданылады. Бірақ  та, протопластар  алынатын  өсімдіктер
түрлеріне 
байланысты, протопластардың 
жекелеген 
жағдайы (осмостық
тұрақтандырғыш, ортаның  рН  көрсеткіші, температурасы) жасалынады. Бұл
жағдайлардың  талаптары  каллусты  культуралар  мен  жасушалық  суспензиядан
протопластарды алуда да орындалады.
Бөлініп  алынған  протопластардың  тіршілікке  қабілетті  болып  шығуында,
бастапқы  өсімдік  материалдарының  физиологиялық  толыққандылығы  үлкен  роль
атқарады. Осындай мақсатта алынған суспензиялық культураларының логарифмдік
фазасының ақырғы кезеңдерінде (көбею кезеңі) алынғаны жақсы.
Жоғарыда  аталған  əдістер  арқылы  алынған  протопластарды  өсімдік
регенерациясы  үшін  немесе  гетерокариотикалық  гибридтер  алу  мақсаттарында
қолдануға болады.
Протопластар  арқылы  оңай  регенерацияланатын  өсімдіктер  қатарында
жертүйнек (картоп), жоңышқа (люцерна), маниок, рапс, темекі  сияқыларын
жатқызуға  болады. Топыраққа  егілген  осындай  протопластардан  регенерант-
өсімдіктерін алу үшін кемінде 16-18 апта қажет болады.
Протопластар  арқылы  өсіріліп  алынған  өсімдіктері  біздерді  қызықтыратын
көптеген: өнім  шығымдылығы, үлкендігі, жекелеген  бөліктерінің  морфололгиясы,

137
фотопериодтылығы  жəне  т.б. белгілері  бойынша  өте  айқын  түрде  ерекшеленуі
мүмкін. Көбінесе  бұл  құбылысты  хромосомалар  саны  мен  олардағы  қайта
құрылымдық  өзгерістер  нəтижелерімен  байланыстырады. Сондықтан  өсімдік
протопластары мутагенез үдерістерін зерттеуде таптырмайтын зерзат бола алады.
Протопластарды  гибридизациялау  жұмыстарын, тек  қана  бастапқы
материалдар жынысты көбею мүмкіндіктеріне ие өсімдіктеріне ғана емес, сонымен
бірге біріктіруге арналған жасушалары жыныстық жолмен қосылуы мүмкін еместігі
алдын-ала белгілі болған өсімдіктерге де жүргізуге болады. Мұнда назарға ұстайтын
бір жағдай, сомалық гибридтеу жұмыстарының барлық түрлерінде алынған өнімнің
гибридті екендігін нақты анықтау мақсатында, қосылатын өсімдіктердің қайсібірінің
маркерлік  генге (биохимиялық  немесе  басқадай) ие  болуын  қадағалау  қажет.
Осындай мақсатта ауксотрофты мутанттарын пайдалану ыңғайлы келеді.
Гетерокариоттық
сомалық
гибридтерді 
микроманипуляторларын,
капиллярлық  микропипетка  мен  істік (шприц) пайдалану  арқылы  қолмен  немесе
флуоресцендік жүйелерін пайдалану негізінде автоматты түрде бөліп алуға болады.
Қазіргі  кезде  бірталай  өсімдік  протопластарынан, олардың  тонопластық
мембранамен  қоршалған  жəне  құрамына  ядродан  тыс  генетикалық  материалдар
кіретін, ядросыз  бөлшектері – микропластары  алынған. Сомалық  гибридтеу
тəсілдерін  қолдана  отырып, микропластарды  реципиенттік  протопластармен
біріктіруге  болады. Сондықтан, микропластар  фитобиотехнологиядағы  жасушалық
инженерия  жұмыстарының  мүмкіндіктерін  арттыруда  үлкен  маңызға  ие. Сонымен
бірге, қазіргі  кезде  өсімдік  протопластарын  микроорганизмдер  мен  жануарлар
жасушаларымен де гибридтеу жұмыстары мүмкін болды.
Хромосомалық  инженерия  мəселесіне  келетін  болсақ, жүгері  жəне  бидай
сияқты  қос  жарнақты  өсімдіктердің  полиэтиленгликольмен  өңделген  реципиентті
протопластарына, жекелеген  метафазалық  хромосомаларының  кіре  алатындықтары
дəлелденген. Енді  трансгенді  өсімдіктерін  шығару  барысында, зерттеушінің
ұйғарымы  бойынша, қосымша  генетикалық  мəліметтерді  енгізудің  тура  жолдары
ашылды. Жат  текті  ДНҚ-ын  протопластарға  тіке  тасымалдау  жолдары  енді
микроиньекция, трансформация, липосомдарға  орау  жəне  кейіннен  оларды  өсімдік
протопластарымен  эндоцитоз  жасау  немесе  электропорация (жоғары  кернеулі
электр импульстары) арқылы да атқарылуы мүмкін.
4.4 Генетикалық модификацияланған (ГМ) өсімдік өнімдерін алу
Өсімдік  шаруашылығында  қолданылатын  өсімдіктер  өздерінің  табиғи  даму
үдерістерінен, адамдар  тарапынан  олардың  ішінен  ең  дəмді, жоғары  өнімді  жəне
өсіруге  ыңғайлыларын  таңдап  ала  бастағаннан  бастап  айрылған  болатын. Адамдар
өздеріне  қажетті  белгілерін  дамыту  мақсатында, табиғи  заңдылық  үдерістерін  өте
жылдам  қарқында  өзгертуде. Көп  жағдайда, соңғы  нəтижесінің  байыбына  толық
жетпей жатып, бактерия гендерін өсімдіктерге немесе бір өсімдіктің генін басқа бір
түрдегі  өсімдіктерге  ендіру  жұмыстары  да  өз  жалғасын  табуда. Сондықтан,
биотехнология  жетістіктерін  табиғатқа  қарқынды  түрде  ендіру  нəтижесінде,
болашақ ұрпаққа қатты өзгерген əлемді қалдыру қауіпі туып отыр.

138
Қазіргі  кезде  генетикалық  модификациланған (ГМ) өсімдіктер  əлемдік
ауылшаруашылығында  өндірілетін  өнімдердің  бірталай  бөлігін  құрайды  жəне
мұндай технология үдерістері əрі қарай дамуда.
Генетикалық  модификацияланған (ГМ)  өсімдіктер  деп – ағзасына  жат  ген,
яғни трансген ендірілген өсімдіктер айтылады.
Өздерінің  жапырақтарында, тамырлары  немесе  дəндері  құрамында  дəрілік
заттары  бар, көптеген  улы (гербицидтер) заттарға  төзімді, зиянды  жəндіктер
жемейтін өсімдік сұрыптары шығарылуда. Əрине мұндай өсімдіктердің пайдасы мен
зияндылығы  туралы  сұрақтың  туындайтыны  хақ. Бұл  сұраққа  біржақты  пікір  айту
үшін, оның  қандай  технологиямен, қалай  жасалғаны  жəне  құрамы  жөнінде  толық
мəлімет алу қажет болады*.
*Қазіргі  кезде  дүние  жүзінде  ГМ- ағзалары  бар  өсімдіктер  көптеген  аумақтарда
егілгенімен (əлемде 120 түрлі  трансгенді  өсімдік  сұрыптары 110 млн. гектар
жерлерге  егіледі), мұндай  технологияның  зиянсыздығы  жəне  халықаралық  ЮНЕП
ұйымының 1995 жылы биотехнологияның осы мəселелері жөніндегі қарарларының
сақталуы  туралы  сұрақтар  туындауда. Бұл  мəселе  бойынша  ғалымдардың
пікірлері  қарама-қайшылық  тудыруда. Бір  тарапы –  өзіндік  құны  төмен, яғни
тиімділігі  жоғары  ГМ  өнімдерінің  адам  ағзасына  ешқандай  зияны  жоқ  десе,
екіншілері – ДНҚ  технологиясы  арқылы  жасалынған  геномның  адам  ағзасына
тигізер  əсері  əлі  де  белгісіз, сондықтан  мұның  салдары  мен  қоршаған  орта
мəселелеріне қатты алаңдаушылықьтарын білдіруде. Бұдан, ГМ ағзалы жəне одан
жасалынған  тағамдарды  кең  көлемде  пайдалану  үшін, өндірушілерден  өнім
құрамының  биологиялық  жəне  экологиялық  жағынан  зиянсыздығы  туралы
толықтай  мəліметтер  берілуі  талап  етіледі. 2007 жылы 12 желтоқсанда
Евроодақ  қабылданған  заңнама  бойынша, егерде  өнім  құрамында  ГМ  заттары
оның  салмағының 0,9% асса, өндірушілер  ол  жөнінде  тұтынушыларды
құлақтандыру  мақсатында  сыртқы  қорабында  жазу  керек  болады. Егер  де  бұл
көлемнен аспаған жағдайда, ол жөнінде жазбаса да болады.
ГМ  өсімдіктерін  жасау  өте  көп  қаражаттарды  талап  етеді. Сондықтан
ғалымдар  тарапынан, бұл  өсімдіктердің  ең  көп  таралған, яғни  жүгері, соя, мақта,
канол сияқты түрлерін шығару жұмыстары қолға алынған еді. Жер шарында сояның
50%, мақтаның 20% көлемінде  генетикалық  модификацияланған  түрлері  өсіріледі.
АҚШ-да  өсірілетін  барлық  сояның (90%), жүгерінің (75%) жəне  мақтаның
жартысына  жуығы  ГМ  өсімдіктері  болып  табылады. Бұдан  басқа  маңызды  ГМ-
өсімдіктері қатарында канола, жертүйнек, асқабақ жəне папайя өсімдіктерін айтуға
болады. Қазіргі  кезде  кофе  мен  күнбағыстың  ГМ  түрлерін  шығару  жұмыстары  өз
жалғасын табуда.
Ғалымдар тарапынан құндылығы жоғары тамақ өнімдерін шығару жұмыстары
одан əрі дамытылуда. Қытай мемлекетінде трансгенді өсімдіктер алу технологиясы
кеңінен  қолданылуда  Олардың  мəлімдеуінше  осындай  өсімдіктердің 141 түрі
алынып, 65-де дестелік жағдайда тəжірибелік жұмыстары жүргізілген.
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   23


©emirsaba.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет