Генетическая модификация растений, также называемая растительной трансформацией, представляет собой процесс введения нового фрагмента ДНК в геном растения.
Существует несколько методов получения генетически модифицированных растений (ГМ). Методы трансформации можно разделить на две основные категории: косвенная и прямая доставка ДНК.
Косвенным методом новая ДНК вводится в растительную клетку через бактерию, обычно Agrobacterium tumefaciens или реже Agrobacterium rhizogenes.
В методах прямого преобразования новая ДНК вводится без промежуточного хозяина. Наиболее часто используемым методом прямого преобразования является метод биолистических преобразований.
Косвенная доставка ДНК
Agrobacterium tumefaciens является распространенной почвенной бактерией, которая естественным образом вызывает образование желчи у широкого круга видов растений, включая большинство двудольных и некоторых монодольных видов.
Желчь индуцируется переносом генов, вырабатывающих гормоны, из бактериальной клетки в геном растения. Гены переносятся на круговую молекулу ДНК, называемой плазмидой, в бактериальной клетке. В процессе инфицирования растению передается только часть плазмиды Ti, известная как трансфертная ДНК (Т-ДНК).
Этот естественный процесс был использован для облегчения генетической модификации растений.
A. tumefaciens Ti были получены плазмиды, в которых отсутствуют гены, отвечающие за образование желчи (обезоруженные плазмиды). Гены, вводимые в растение, помещаются в Т-ДНК этих обезоруженных плазмид. A. клетки опухолей, несущие такие плазмиды, не могут вырабатывать желчь в инфицированном растении, но будут переносить Т-ДНК последовательность, несущую интересующие гены, в растительную клетку, где они стабильно интегрируются в геном растения.
Агробактериальное преобразование обычно приводит к одной или нескольким вставкам Т-ДНК в геном растения. Небольшие сегменты фланкирующей последовательности Т-ДНК или хромосомной последовательности A. tumefaciens могут также низкочастотно переноситься в геном растения. Вероятность воздействия ДНК A. tumefaciens на ГМ-растения невелика, поскольку хромосомные гены Agrobacterium не содержат регуляторных элементов, необходимых для экспрессии в растениях, и поэтому маловероятно, что они будут экспрессированы.
Недостатки генетических модификаций растений
Процесс трансформации растений может вызвать другие изменения в ДНК растения. Непреднамеренными эффектами процесса трансформации растений являются инсерционные эффекты и сомаклональная изменчивость.
Инсерционные эффекты
Введение новой ДНК в геном может привести к инсерциям, делециям и перестройкам как генома растения, так и введенной ДНК.
Например, были задокументированы хромосомные транслокации, в которых фланкирующая геномная ДНК с обеих сторон введенной ДНК сопоставлялась с двумя различными хромосомами. Новая ДНК может также вывести гены из строя при интеграции в геном или повлиять на экспрессию соседних генов.
Сомаклональная изменчивость
Этап культивирования тканей может также вызывать замещение ДНК, вставки, делеции, перестройки и изменения в количестве хромосом.
Эти вновь возникающие мутации возникают в результате процесса культивирования тканей и не связаны с генетическими преобразованиями. Садоводческие виды, размножаемые культурой тканей, также могут иметь сомаклональную изменчивость.
Мутагенность культуры тканей приписывается стрессу, которому подвергаются растительные клетки во время этого процесса. Стрессовые условия включают в себя ранения, воздействие химических веществ, препятствующих росту бактерий, и высокую концентрацию регуляторов роста растений в среде.
На частоту сомаклональной изменчивости влияют различные факторы, в том числе вид растений, способ регенерации, продолжительность периода выращивания и культурная среда. В целом, чем дольше период культивирования тканей и чем деструктивнее этот процесс, тем больше мутаций вызывается.
Сомаклональная изменчивость приводит к такому же спектру генетических вариаций, как и мутагенез с помощью химических или физических факторов. Поэтому, она в основном используется для разработки новых сортов в селекционных программах.
Также следует отметить, что инсерционные эффекты и сомаклональная изменчивость могут привести к нежелательному изменению фенотипа растений, если они влияют на экспрессию эндогенных генов или создают новые белки.
Заключение
Наблюдаемые в ГМ растениях изменения ДНК схожи с другими генетическими изменениями, которые происходят спонтанно в растениях в ходе обычной селекции. Различия в экспрессии генов и метаболическом составе сортов, выведенных традиционным способом, обычно больше, чем между ГМ растениями и их родителями, не являющимися ГМ.
Важно помнить, что новые сорта растений, выведенные как в результате традиционной селекции, так и генетической модификации, проходят селекционный процесс, в ходе которого любые нежелательные эффекты устраняются до получения коммерческого продукта, который необходим ученому или селекционеру.
