Реферат: Новейшие методы селекции: клеточная инженерия, генная инженерия, хромосомная инженерия
НовосибирскийГосударственный Аграрный Университет.
Томский СельскохозяйственныйИнститут.
Агроинженерный факультет.
Кафедра Ботаники
Новейшие методы селекции:клеточная инженерия, генная инженерия, хромосомная инженерия.
(курсовая работа)
Выполнил
студент ΙVкурса,
гр. 0225
Балашев Вячеслав Петрович
Проверил преподаватель: к.б.н. Вайшля О.Б.
Томск 2005.
Содержание.
TOC o«1-3» 1.Введение.… PAGEREF _Toc119678190 h 2
2. История методов.… PAGEREF _Toc119678191 h 3
2.1 Из истории селекции.… PAGEREF _Toc119678192 h 3
2.2 Из истории новых методовселекции.… PAGEREF _Toc119678193 h 4
3. Сущность и описаниеметодов.… PAGEREF _Toc119678194 h 8
3.1 Хромосомная инженерия.… PAGEREF _Toc119678195 h 8
3.2 Генная инженерия.… PAGEREF _Toc119678196 h 9
3.3 Методы генной инженерии… PAGEREF _Toc119678197 h 11
3.4 Нерешенные проблемыгенной инженерии.… PAGEREF _Toc119678198 h 12
4. Клеточная селекция.… PAGEREF _Toc119678199 h 13
5. Использованиемодифицированных растений — За и Против.… PAGEREF _Toc119678200 h 14
5.1Генетическимодифицированные растения и экология… PAGEREF _Toc119678201 h 14
6.Заключение… PAGEREF _Toc119678202 h 20
7. Список использованныхисточников.… PAGEREF _Toc119678203 h 21
7.1 Источники интернет.… PAGEREF _Toc119678204 h 21
7.2 Литературные источники.… PAGEREF _Toc119678205 h 21
8. Приложение 1.… PAGEREF _Toc119678206 h Ошибка! Закладка не определена.
1.Введение.Важнейшая рольбиоинженерии направлена в современной селекции на устойчивость и качество продукции,создание нового поколения сортовых ресурсов страны.
Селекция это одна из важнейших наук на сегодняшнийдень. Эта наука выходит на первый план среди многих естественных дисциплин.
С каждым годом методыселекции совершенствуются, вводятся такие понятия как: генная инженерия,хромосомная инженерия, клеточная инженерия. Традиционные методы заменяютсяболее новыми, привычные технологиистановятся более совершенными.
Самыми значимыми иперспективными методами сегодня являются — генная инженерия, хромосомнаяинженерия и клеточная инженерия. Использование этих способов — это большой шагв будущее.
По мнению ученых демографов, в ближайшие двадцатьлет население земного шара увеличится вдвое.
Пользуясь современными агрокультурами и агротехнологиями, обеспечить продовольствием такое количество населения будет просто невозможно. Следовательно, уже сейчас пора подумать о том, как с наименьшими потерями поднять урожайностьсельхозкультур вдвое. Поскольку дляобычной селекции срок в два десятилетия крайне мал, необходимо воспользоваться новымиперспективными методами селекции.
Бурное развитие новыхметодов исследований в генетике, расширение и углубление наших представлений оструктуре и законах организации наследственного аппарата клетки обусловилисоздание и разработку принципиально новых методов.
Ранее генетическоеразнообразие форм растений – исходного материала для селекции –экспериментально создавалось в селекции методами гибридизации, полиплоидии,мутагенеза и др. Теперь ученые могут достигать еще большего разнообразияблагодаря манипулированию отдельными клетками живого организма, отдельнымихромосомами и отдельными генами.
Родились новые понятия и направления современнойгенетики: клеточная, хромосомная инженерия и генная инженерия. При этомпринципиальное отличие данных методов от традиционно используемых в селекции,например, мутагенеза, состоит в целенаправленном, а не случайном расширенииграниц изменчивости генотипа, в планируемом разнообразии исходного материаладля селекции. Эти современные методы большее применение пока получили вселекции растений.
Всем известны страсти, кипящие по поводу трансгенныхживотных и растений. Общество разделилось на ярых противников и сторонников созданиятаких организмов и использования полученных из них продуктов. Есть или не естьпродукты из трансгенной сои?
Как реагировать на все новые диковинные химеры –картофель, убивающий колорадского жука; землянику, препятствующую образованиюинея в саду; персики, растущие за Полярным кругом; коз, дающих вместе с молокомвакцины против болезней? Есть ли предел фантазии ученых, может быть, для них неосталось ничего невозможного.
Чтобы ответить на эти вопросы, попробуем отброситьэмоции и разобраться в том, какие открытия, сделанные на разных этапах развитиянауки, повлияли на появление в наше время технологий получения трансгенныхрастений – способов целенаправленного изменения их геномов путем вставки в нихгенов чужеродных организмов.
2. История методов.2.1 Из истории селекции.Возникновение Селекциисвязано с введением в культуру растений. Начав возделывать растения, человекстал отбирать и размножать наиболее продуктивные особи, что способствовало ихнепроизвольному улучшению. Так, на заре человеческой культуры возниклапримитивная Селекция. Её история исчисляется тысячелетиями.
Древние селекционеры создали прекрасные сортаплодовых растений, винограда, многие сорта пшеницы, породы домашних животных.Им были известны некоторые современные селекционные приёмы. Например,искусственное опыление финиковой пальмы применяли в Египте и Месопотамии занесколько веков до н. э.
С развитием земледелия искусственный отбор лучшихформ приобрёл массовый, сознательный характер — появилась народная Селекция.
В России крестьяне создалисорта пшеницы (Крымка, Белотурка, Полтавка, Гарновка и др.), подсолнечника(Зелёнка, Фуксинка), высокорослые кряжи льна-долгунца (Смоленский, Псковский),сорта клевера (Пермский), яблони (Антоновка, Грушовка) и др., получившиеназвание местных, или стародавних, хорошо приспособленные к местным условиямпроизрастания. Лучшие сорта хлопчатника России и США берут своё начало от форм,происхождение которых связано с культурой майя. В Перу выращивают кукурузу сочень крупным зерном (относится к Куско-группе), созданную много веков назад.
2.2 Из истории новых методов селекции.Во второй половине XIX в.Немецкий ученый Герман Гельрих 20 сентября 1886 г. сделал в Берлине, в Общественемецких естествоиспытателей и врачей, доклад «В какой форме азот доступен длярастений». Результаты его экспериментов доказывают участие в фиксации азотамикроорганизмов.
Правда, это открытие не стало для ученых большойнеожиданностью, оно уже было подготовлено ходом науки, – идея, что называется,носилась в воздухе. Гельриху просто посчастливилось первому доказать то, чтобольшинство ученых уже давно предполагали.
Через два года, в 1888 г., знаменитый голландскийбактериолог М.Бейеринк, смог выделить и вырастить чистую культуруазотфиксирующих бактерий. Позднее, по предложению Б.Франка, они получилиназвание Rhizobium (1889 г.).
Еще через два года (1890) А. Празмовский показал,что эта культура удовлетворяет постулатам Роберта Коха о паразитическихбактериях. Он вырастил растения гороха на стерильной почве, оказалось, что притаком выращивании клубеньков у них не образуется. Потом ученый заразил выросшийбез клубеньков горох чистой культурой Rhizobiumleguminozarum и наблюдал, как после этого на корнях растений развиваютсяклубеньки. Из этих клубеньков Празмовский повторно выделил бактерии, которыеоказались все теми же Rhizobium leguminozarum.
Однако, несмотря на бурное и многообещающее начало,новые идеи в этой области очень скоро перестали появляться
Однако именно этот «застой» вынудил ученых обратитьвнимание на «менее интересные» факты: а именно, на другие случаиопухолеобразования у растений, например на известные ботаникам корончатыегаллы. Многие виды галлов вызываются насекомыми-паразитами, но корончатые галлывозникали явно без их участия. Первыми их исследователями были американскийфитопатолог Э.Смит и датский ветеринар К.Енсен. Причем, последнийзаинтересовался корончатыми галлами, изучая образование опухолей у животных(растения служили ему моделью). Енсен показал, что опухоль у свеклы можетвозникнуть, если заразить растение чистой культурой Agrobacterium tumefaciens.Смиту и его сотруднику Гаунсенду удалось показать то же самое для хризантемы.
Таким образом, был найден еще один интересный случайзаражения растений бактериями, причем эти бактерии относились уже к другомуроду, а растения были не бобовыми. И хотя при этом на растении также возникалоразрастание тканей, на симбиоз бобовых с Rhizobium это явно не походило. Ученыепереключились на эксперименты с бактериями – нужно было понять, чем они отличаютсядруг от друга.
Ключом к решению проблемы стало обнаружение в 1974г. у агробактерий плазмид – небольших кольцевых молекул ДНК. Это открытие былосделано Генте в лаборатории Дж.Шелла.
Открытием плазмид у агробактерий заинтересовалисьмногочисленные коллективы молекулярных генетиков, началась настоящая гонканаучных исследований – тогда-то и стала обрисовываться перспектива разработкиметода получения трансгенных растений. Узкая научная тропинка вывела на широкуюдорогу открытий – почти каждое новое исследование шаг за шагом продвигаловперед решение старой проблемы.
В 1978 г. разные группыученых (под руководством Тампе и Пти во Франции, М. ван Монтегю в Бельгии,Шелла и Холстера в Германии) описали способность Тi-плазмиды (Ti – отtumor-inducing, индуцирующие опухоль) передаваться от одной бактерии к другойпутем конъюгации. Причем вызывали эту передачу плазмиды знакомые нам опины.
Выяснилось, что бактерии действительно «заставляют»клетки растений синтезировать опины. Самому растению они, как уже было сказано,не нужны, использовать их они не могут, поскольку у них нет нужных для этогоферментов. Зато такие ферменты имеются у бактерий, заразивших растение, – послеэтого им уже не надо тратить энергию на добычу пропитания, опухоль больногорастения поставляет им пищу в избытке. Это и была разгадка роли опинов.
Были расшифрованы и все детали взаимодействиябактерии и растения при участии Ti-плазмиды. Оказалось, что в растительнуюклетку переносится не вся плазмида целиком, а только один ее участок (Т-ДНК). Вэтом участке закодированы гены, заставляющие клетки растения усиленно делитьсяи синтезировать при этом какой-либо из опинов. Интересно, что эти гены такпохожи по своей организации на гены растений, что они беспрепятственнофункционируют в геноме растительной клетки, хотя ни один из настоящихбактериальных генов на это не способен.
Так завершилась история исследования роли опинов. Сэтого момента начинается уже другая история – история эры генной инженериирастений.
В 1978 г. Шеллом было показано, что Тi-плазмидуможно использовать как переносчик любых чужеродных генов, если только вставитьих в область Т-ДНК плазмиды. В том же году эту возможность продемонстрировалиСхильперорт и Ледебур в Голландии, а позже, в 1980 г., Нестер и Чилтон в США. Сэтого началась не только новая дорога научных поисков, но и новая эра вразвитии сельского хозяйства и мировой экономики.
Геннаяинженерия
Несомненно, что первымимпульсом к генной и хромосомной инженерии послужили достижения клеточнойбиологии, прежде всего реализация методов культивирования клеток, тканей иорганов. Для растений главным итогом культуральных работ было установлениепринципа тотипотентности, то есть возможности получения полноценного организмаиз любой клетки на специальных искусственных средах. Важность этого принципазаключается в том, что любая дифференцированная клетка в специально созданныхусловиях может повторить весь путь онтогенеза, иными словами, весь путьразвития организма.
Вторым импульсом длянаправленного введения чужих генов в геном растений стало открытие механизмавстройки почвенной бактерией части своего генома в геном растений. В конце 70-хгодов в ряде лабораторий Бельгии, США и ФРГ было показано, что болезнь растенийпод названием «корончатые галлы» не что иное, как опухолевыеобразования, которые возникают в результате встройки в геном растения частимегаплазмиды почвенной бактерии Agrobacteriumtumefaciens. Это бактерия несет гены, вызывающие опухоли у растений.
Экспериментаторырассматривают почвенную бактерию, как природного геноинженера. Пришлось толькообезоружить ее: опухолеиндуцирующую область плазмиды удалили и заменили наискусственно сконструированный вектор, в который включен избранный нами чужойген, переносимый в ядерный геном растений. Следует отметить, что все трансгенныерастения получены на основе схемы агробактериального переноса. Однако онаэффективна лишь для двудольных растений. Для однодольных, в основном злаковыхрастений, разработаны другие способы переноса генетических конструкций, из нихчаще используется баллистический — с помощью установки под названиями«генная пушка», или «дробовик». На микрочастицы золота иливольфрама помещаются ДНК-векторы и под давлением «выстреливаются» врастительные клетки.
3. Сущность и описание методов.3.1 Хромосомная инженерия.Внастоящий момент хромосомная инженерия связывается, прежде всего, свозможностями замещения (замены) отдельных хромосом у растений или добавленияновых.
Известно, что в клетках каждого диплоидного организма имеются пары гомологичныххромосом. Такой организм называют дисомиком. Если в какой-либо паре хромосомостается одна гомологичная хромосома, то получается моносомик. При добавлениитретьей гомологичной хромосомы возникает трисомик, а при отсутствии в геномеодной пары гомологичных хромосом возникает нуллисомик. Такие манипуляции схромосомами дают возможность заменять одну или обе гомологичные хромосомы,допустим, одного сорта пшеницы на ту же пару хромосом, но из другого сорта. Чтоэто дает селекционеру? Тем самым он может один признак, который ему кажетсяслабым у данного сорта, заменить на этот же, но более сильный признак издругого сорта. Таким образом, он приближается к созданию « идеального» сорта, укоторого все полезные признаки будут выражены в максимальной степени.
Эту же цель преследует и методика замены отдельных хромосом одного видана хромосомы другого вида, близкого по своему происхождению. В литературепринято вместо слов «замена хромосом» употреблять «замещение хромосом». Поэтомуполученные таким путем формы называются замещенными линиями. Другойметодический прием состоит во введении (внедрении) в геном определенного видаили сорта какой-либо дополнительной пары хромосом другого вида растений,которые определяют развитие признака, отсутствующего у первого вида. Если такоевведение пары дополнительных хромосом удается осуществить, то полученные формыназывают дополненными линиями.
Метод гаплоидов
Очень перспективен, основан на выращивании гаплоидных растений споследующим удвоением хромосом. Например, из зерен кукурузы выращиваютгаплоидные растения, содержащие 10 хромосом, затем хромосомы удваивают иполучают диплоидные (10 пар хромосом), полностью гомозиготные растения всего за2-3 года вместо 6- 8-летнего инбридинга.
Получение полиплоидныхостатков
Также важным методом хромосомной инженерии является получениеполиплоидных остатков в результате кратного увеличения хромосом. Подробностиметода описаны выше.
3.2 Генная инженерия.Под генной инженерией обычнопонимают искусственный перенос нужных генов от одного вида живых организмов(бактерий, животных, растений) в другой вид, часто очень далекий по своемупроисхождению. Чтобы осуществить перенос генов (или трансгенез), необходимовыполнить следующие сложные операции:
-<span Times New Roman"">
выделение из клеток бактерий, животных или растений тех генов, которыенамечены для переноса. Иногда эту операцию заменяют искусственным синтезомнужных генов, если таковой оказывается возможным;-<span Times New Roman"">
создание специальных генетических конструкций (векторов), в составекоторых намеченные гены будут внедряться в геном другого вида. Такиеконструкции кроме самого гена должны содержать все необходимое для управленияего работой (промоторы, терминаторы) и гены-«репортеры», которые будут сообщать,что перенос успешно осуществлен;-<span Times New Roman"">
внедрение генетических векторов сначала в клетку, а затем в геномдругого вида и выращивание измененных клеток в целые организмы (регенерация).На рисунке (Приложение 1,рис. 1.) показана одна из схем получениягена, кодирующего нужный нам белок. На первом этапе из клеток выделяют и-РНК.Затем на ней, как на матрице, синтезируют нить комплиментарной ей ДНК (к-ДНК).Благодаря этому получается гибридная ДНК-РНК-молекула. После удаления РНК изэтой молекулы на оставшейся одноцепочечной ДНК осуществляют синтез второй нити.В результате возникает полноценная молекула ДНК.
Используя специальныеферменты, ее встраивают в кольцевую ДНК плазмид (внехромосомных молекул ДНК),которые выполняют роль переносчика нужного гена. На последнем этапе плазмиды совставкой встраиваются в бактериальную хромосому. В ней перенесенный генчеловека, животного, растения или другого микроорганизма начинает работать, и вбактериальной клетке накапливается необходимый белок, остается лишь выделитьего из бактериальной массы. Таких бактерий размножают в промышленных масштабахи получают необходимый белок в больших количествах. Все эти технологическиеприемы основаны на успехах в познании физико-химических основ жизни. Решениепрактических задач с помощью описанных методов молекулярной биологии и генетикии составляет сущность генной инженерии.
Растения и животные, геном которых изменен врезультате таких генно-инженерных операций, получили название трансгенныхрастений или животных.
Для более наглядного представления рассмотримпример, в котором ученым из разных стран, в том числе и нашей, удалось спомощью генно-инженерных методов создать ценные для селекции новые формырастений. В природе существует бактерия Bacillus thuringiensis, котораянарабатывает белок, называемый эндотоксином. Свое название он получил потому, что при попаданииэтой бактерии в желудок насекомых – вредителей сельскохозяйственных растенийэтот белок вызывает лизис (разрушение) стенки желудка и гибель насекомого –вредителя. Это свойство белка генные инженеры решили использовать для создания формполезных сельскохозяйственных растений, устойчивых к насекомым – вредителям.Они выделили из бактериальной ДНК ген, кодирующий белок эндотоксин. Далее генбыл встроен в состав природных генетических векторов – Ti-плазмид,присутствующих в клетках почвенной бактерии Acrobacterium tumefaciens. Этойбактерией были заражены кусочки растительной ткани, выращиваемой на питательнойсреде. Через некоторое время плазмиды, несущие ген белка-токсина, внедрились врастительные клетки, а затем ген встроился в ДНК растений. О том, что этотпроцесс прошел успешно, сообщил специальный ген-«репортер», также искусственнымпутем введенный в состав Ti-плазмид. Затем кусочки растительной ткани перенеслина питательную среду другого состава, которая обеспечивает рост и развитиеполноценных растений. В конце концов, такие растения были выращены, иоказалось, что если на их листья посадить гусениц насекомых-вредителей, то,попробовав растительной ткани с белком-токсином, гусеницы погибают. Важно, чтобелок-токсин оказался гибельным только для насекомых и совершенно безвреден длячеловека и сельскохозяйственных животных. Описанным выше путем к настоящемумоменту удалось получить формы картофеля, томатов, табака, рапса, устойчивые кразнообразным сельскохозяйственным вредителям. Это одно из первых и самыхзначительных достижений генной инженерии растений в практической селекции.
Одной из важных областейприложения методов генной инженерии в растениеводстве является биологическаяфиксация азота. Эти исследования проводятся с целью повышения продуктивностиазотфиксирующих бактерий и получения эффективных биологических препаратов дляфиксации азота посевами как бобовых, так и не бобовых культур; созданиясимбиотических отношений между азотфиксирующими микроорганизмами и не бобовымикультурами, в частности злаковыми; получения растений, способныхсамостоятельно, без помощи микроорганизмов, фиксировать азот.
Обнаружены азотфиксирующиемикроорганизмы из семейств Spirillaceae, Enterobacteriaceae, Bacillaceae и рядадругих, способные сосуществовать с корневой системой злаков (рис, кукуруза,пшеница, сорго), снабжающей их углеводами. Наиболее широко работы ведутся сбактериями Azospirillum (Postgate, 1989). В серии опытов, проведенных вразличных штатах Индии, инокуляция семян пшеницы, риса, сорго, просари-зосферными азотфиксаторами обеспечивала прибавки урожая зерна до 30% (SubbaRao, 1982).
3.3 Методы генной инженерииК методам прямого переносачужеродной ДНК в протопласты растений и животных относится электропарация:кратковременные электрические разряды (1—100 мкс при напряженности поля1000—10000 В/см2) увеличивают проницаемость мембран протопластов, куда ипроникает находящееся в растворе ДНК. Так были получены трансформанты кукурузы,риса и сахарного тростника. В MCXA разрабатывается метод введения чужероднойДНК с использованием электрофореза в агаровом геле. Показана возможностьприменения данного метода для трансформации каллусов пшеницы с последующейрегенерацией из них трансгенных растений.
Оригинальный способ введениячужеродной ДНК в злаки разработан в Корнельском университете США. С помощьюгенетического пистолета в клетки растений выстреливают крохотные вольфрамовыешарики, покрытые генетическим материалом. Например, способ баллистическойтрансформации применили для введения гена вируса табачной мозаики в клеткилука. Была установлена экспрессия гена в клетках (Уайк, 1988). Методвысокоскоростной баллистической трансформации в настоящее время широкоиспользуется в Центре «Биоинженерия», ИМГ, ИФР. ВНИИСБ при созданиитрансгенных растений пшеницы, кукурузы, подсолнечника, плодовых.
3.4 Нерешенные проблемыгенной инженерии.
Одной из самых значительных трудностей геннойинженерии является введение в геном больших генов или нескольких функциональныхгенов. Это связано с емкостью векторов для трансформации. Гены, в особенностиэукариотические значительны по размеру(5-15 т.н.п.), но они все чащеиспользуются для трансформации растений. Но кроме выбранного гена векторныеконструкции должны содержать в себеселективные гены. В некоторых случаях для укорачивания конструкции используюткДНК последовательности. Однако кДНК комплексы не всегда приемлемы из- заспецифики сплайсинга in vivo.
Лимитирующим фактором для трансформации растенийможет быть и то, что необходимый признак кодируется несколькими генами, иполучение трансгенных растений обладающих такими признаками пока технически невыполнимо.
Отдельно стоит проблема, возникающая при экспрессиичужеродного гена. Часто после двух — пяти поколений активно транскрибирующийся ген, перестает экспрессироваться.Чаще всего инактивация трансгена происходит из-за метилирования регуляторныхпоследовательностей, либо возможна репрессия в результате взаимодействия спромотором каких-то белков. Активировать такой выключенный трансген непредставляется возможным. Спрогнозировать данную ситуацию довольно-таки трудно,так как она зависит от ряда факторов, в том числе и от последовательностисамого белка и конкретном месте интеграции его в геном растения. Преодолеть этовероятно в какой-то мере возможно путем получения многократной трансформации иполучения различных линий, несущих одинаковую векторную конструкцию сразличными местами интеграции в геном растения.
Одной из самых главных причин сдерживающихинтенсивность и эффективность работ по трансгенезу остается крайне слабоеразвитие исследований по идентификации эффективных генов, созданию банков генови ограниченная научная база генетической инженерии, что связано с крайне слабойфинансовой поддержкой в нашей стране генной инженерии, как важнейшегоприоритета XXI века.
4.Клеточная селекция.Более широкое практическое применение в настоящеевремя получило другое важнейшее направление современной биотехнологии —клеточная селекция как метод создания новых форм растений путем выделениямутантных клеток и сомаклональных вариаций в селективных условиях.
Клеточная селекция является как бы развитиеммутационной селекции, но реализуется на уровне единичных клеток сиспользованием техники in vitro, что придает ей, с одной стороны, более широкиевозможности, а с другой стороны — создает значительные трудности из-занеобходимости регенерации из отдельных клеток полноценных. Преимуществоклеточной селекции перед традиционными методами состоит в отсутствии сезонностив работе, возможности использования миллионов клеток при отборе, направленностиселекции путем применения селективных сред и выполнении работ в лабораторныхусловиях.
С развитием культуры invitro появилась реальная возможность более широкого использования гаплоидии вселекции сельскохозяйственных культур. Применение метода культуры клетокпозволило осуществить регенерацию растений из генеративных клеток, содержащихгаплоидный набор хромосом. Стало возможным массовое получение гаплоидов.Практическое значение в селекции в настоящее время получили культура пыльников(андрогенез), завязей и семяпочек (гиногенез) и метод гаплопродюсера, которыйявляется разновидностью гиногенеза Keller et al., 1987).
В Селекционно-генетическом институте (г. Одесса,бывш. ВСГИ) методом гаплопродюсера были созданы первые два отечественные сортаячменя Исток и Одесский 115. Сорт Одесский отличался повышенной продуктивностьюи устойчивостью к болезням и был признан перспективным в ряде областей(Ново-лоцкий, 1986). В последующем этим методом были получены засухоустойчивыесорта Прерия и Степной дар (Новолоцкий, 1997). Срок выведения сортов ячменя прииспользовании гаплоидной селекции сокращается на 4—6 лет.
При изучении растений, регенерированных изсоматических клеток в культуре in vitro, было установлено, что они генетическине всегда однородны. Эту, так называемую, сомаклональную изменчивость, какисточник полезных мутаций стали использовать в селекции растений. Урегенерантов в отличие от индуцированных мутантов редко наблюдаетсямозаичность, что является результатом их происхождения из единичной клетки, ипоэтому сомаклоны могут быть стабилизированы в течение одного поколения.
5. Использование модифицированных растений — За иПротив.5.1Генетически модифицированные растения и экологияТеоретически генетическимодифицированные растения (ГМР) не могут не влиять на экологию нашей планеты.Прежде всего, нельзя исключить возможность того, что ГМР или технологии ихвыращивания будут нежелательно воздействовать на те организмы, на которыеникакого влияния не предполагалось вовсе. Главной мишенью для критикиэкологической безопасности ГМР стали так называемые растения-пестициды, которыев результате генетической трансформации продуцируют токсичные вещества,уничтожающие тех или иных вредителей. Наиболее правомерно оценивать неабсолютный вред таких культур, а относительный — сравнить его с побочнымиэффектами применения ядохимикатов.
Преимущество белковыхтоксинов, продуцируемых ГМР, перед синтетическими пестицидами очевидно: большиеи нестойкие молекулы белков не накапливаются в природе — быстро распадаются доаминокислот; кроме того, они более специфичны, то есть уничтожают толькоопределенных вредителей (бактерии, грибы, насекомые). Маленькие же молекулыпестицидов чаще поражают ни в чем не повинные организмы и из-за высокойхимической стабильности могут проходить по пищевым цепям и накапливаться на ихвершине. В общем, растениям-пестицидам по своей ядовитости далеко до ДДТ.
Преимущество ГМР передядохимикатами было со всей очевидностью доказано в «конфликте»бабочки-монарха и Вt-кукурузы. Бабочка-монарх (Danaus plexippus) привлекаетвсех любителей природы своей красотой. Ученые-энтомологи тоже любят ее зауникальное свойство — ежегодно по пути из Канады в Мексику монархи преодолеваютоколо 4000 км. Никакая другая бабочка на такое не способна. Вt-кукурузасодержит ген Вt-токсина (о нем упоминалось ранее), встроенного в ДНК кукурузыдля борьбы с кукурузным мотыльком, уничтожающим до 7% урожая кукурузы в мире(40 млн. тонн). Агентство по охране окружающей среды США проверяло эту кукурузуи признало ее нетоксичной для всех организмов, кроме мотылька-вредителя.
Но в мае 1999 года в журнале«Nature» появилось короткое сообщение, что смертность личинокбабочки-монарха, питающихся листьями с пыльцой Вt-кукурузы, намного выше нормы.Авторы сделали вывод, что широкое распространение Bt-кукурузы приведет кисчезновению бабочки-монарха.
Ученые же началиширокомасштабное исследование этого вопроса. В сентябре 2001 года Национальнаяакадемия наук США обнародовала результаты двухлетних исследований рядауниверситетов США и Канады, проведенных под эгидой Министерства сельскогохозяйства США. Заключение гласило, что пыльца Вt-кукурузы не опасна для личинокбабочки-монарха. А вот от широко применяемого на кукурузных полях цихалотрин-l-инсектицида численность их действительно сокращается.
Гринпис подал судебный иск,но Верховный суд США постановил, что у полезных насекомых больше шансов выжитьна Bt-растениях, нежели когда поля обрабатываются пестицидами. Количество жеприменяемых инсектицидов в мире только из-за выращивания Вt-хлопка сократилосьна 33 тысячи тонн. А всего в 2001 году в США выращивание трансгенных растений,устойчивых к гербицидам и насекомым, позволило уменьшить использованиеядохимикатов на 20,7 тысячи тонн. Все это положительно сказывается как наокружающей среде, так и на здоровье фермеров, а также улучшает биоразнообразиена полях.
Еще одной потенциальнойугрозой биоразнообразию считают утечку генов из трансгенных растений — горизонтальную (в микроорганизмы) и вертикальную (в растения).
Горизонтальный перенос генов(то есть вне системы родитель — потомство) уже упоминался ранее (перенос впатогенные бактерии). Теоретические модели и эксперименты показывают, чтоперенос ДНК из ГМР в микроорганизмы случается, если вообще имеет место, с оченьмаленькой вероятностью. Если бы это на самом деле происходило так быстро ипросто, как считают оппоненты генной инженерии растений, то за миллионы летэволюции гены всех организмов совершенно перемешались бы. В действительности жена се