ХімТехДопомога

Допомога в питаннях, пов'язаних з хімічною промисловістю починаючи від важкого машинобудування і закінчуючи поліграфією та друком

Стійкість до абіотичних факторів

        Основними абіотичними факторами, від яких страждають культурні рослини,  є посуха, спека, приморозки, холод,  гербіциди.  Створення   стійкості до цих агентів можливо із застосуванням  генетично-інженерних підходів. Особливо актуальними  створення стійкості до абіотичних факторів у рослин із залученням генів сторонніх організмів стає у разі відсутності механізмів природної стійкості.

       Гербіциди – це хімічні речовини, які використовуються для боротьби з бур’янами у посівах та насадженнях сільськогосподарських  та інших рослин. Нажаль гербіциди здатні пригнічувати ріст не тільки бур’янів, але і самої культурної рослини.  Гербіциди різняться за механізмом  дії  на рослину.  Найчастіше токсична дія гербіциду обумовлена пригніченням активності того чи іншого ферменту. У разі відсутності у культурної рослини системної стійкості  до  певного  гербіциду  необхідно визначити біохімічні мішені його дії, знайти ген стійкості до гербіциду у інших організмів, клонувати його та ввести до геному культурної рослини.

Basta – контактний гербіцид широкого спектру дії. Його діюча речовина, глюфосинат амонію, представляє собою еквімолярну, рацемічну суміш D-   та L-ізомерів фосфінотрицину. Активною складовою глюфосинату амонію є L-ізомер фосфінотрицину  - структурний аналог глутамату (рис. 1).

     В рослинах дія фосфінотрицину спрямована на діяльність ферменту глутамінсинтетази. Глутамінсинтетаза у  присутності АТФ каталізує утворення амінокислоти глутаміну з глутамату і аміаку і, таким чином, приймає участь в знешкодженні аміаку у тканинах. Фосфінотрицин  як структурний аналог глутамату блокує роботу глутаминсинтетази шляхом конкурентного інгібування.struktura

За інгібування глутамінсинтетази загибель клітин (наприклад, у  бур’янних та інших рослин) настає через токсичне накопичення аміаку. Ген  bar Streptomyces hygroscopicus  кодує фермент фосфінотрицинацетилтрансферазу (РАТ), яка ацетилює фосфінотрицин, роблячи його неактивним  по відношенню до глутамінсинтетази рослинних клітин.  Отримано генетично-модифіковані рослини кукурудзи, які через цей механізм стають стійкими до фосфінотрицину (гербіциду Basta).

Ще одним геном стійкості до гербіцидів є мутантний ген ацетолактатсинтетази (ALS), знайдений у тютюну і арабідопсису, який забезпечує стійкість  до хлорсульфурону.  Хлорсульфурон в рослинах інгібує ацетолактатсинтетазу, перешкоджаючи синтезу амінокислот з розгалуженим ланцюгом – лейцину, ізолейцину та валіну. Стійкість до даного гербіциду створюється  за рахунок введення в геном рослини мутантної форми гена ацетолактатсинтетази, ферментативно функціональної, але значно менш чутливої  до інгібування хлорсульфуроном порівняно з нормальним ферментом. Отримано рослини кукурудзи, стійкі до хлорсульфурону.

Гліфосат (N-(фосфонометил)гліцин)  є активною речовиною гербіциду раундапу  («Roundup Ready», «RR»). Гліфосат  інгібує в рослинах активність 5-єноїлпірувоїл-шикимат-3-фосфатсинтетази (EPSPS). Цей фермент синтезує хоризмат, який є попередником синтезу ароматичних  амінокислот – фенілаланіну, тирозину та триптофану, а також саліцилової кислоти, деяких алкалоїдів. Оброблені гліфосатом рослини не можуть синтезувати  ароматичні амінокислоти  та інші ароматичні  сполуки і тому гинуть. У певних штамів Salmonella Agrobacterium, Escherichia  присутні мутантні гени aroA,  які забезпечують стійкість до гліфосату. Введення в геном кукурудзи мутантної форми гена aroA з геному Salmonella typhimurium, яка кодує слабкочутливий до гліфосату фермент  єнолпірувілшикиматфосфатсинтетазу, привело до отримання рослин, стійких до гліфосату.  Для створення стійкості до гліфосату  використаний також ген єнолпірувілшикиматсинтетази стійкої до гліфосату ґрунтової бактерії  Agrobacterium tumefaciens, штаму СР4.  У теперішній час фірмами    Syngenta, Monsanto, Pioneer, Pioneer and Dow Agro Sciences офіційно зареєстровані стійкі до гліфосату лінії і гібриди кукурудзи. Ген EPSPS перенесено також  до клітин сої, але до нього було додано  сигнальний  пептид СТР4 від Petunia hybridа, який полегшує  доставку новосинтезованого ферменту до хлоропластів, де відбуваються метаболічні реакції  шикиматного шляху і  де розташовані ділянки, на які впливає гліфосат. Після доставки ферменту до хлоропластів сигнальний пептид видаляється специфічною протеазою. Близько 60% усієї сої у світі  представлено трансгенними сортами. США вирощують 90%, Аргентина 98%, Уругвай 100% генетично-модифікованої сої. Практично вся генетично-модифікована соя містить ген стійкості до гліфосату (RR-соя).  RR-сою можна обробляти  раундапом від проростання до квітування без зниження темпів росту, що є ефективною і маловитратною технологією боротьби з бур’янами в її посівах.  Генетично-модифікована соя  дозволена до імпорту  та харчування у більшості країн світу, тоді як вирощування трансгенної сої  дозволено не  в усіх країнах, оскільки існує можливість  виникнення  бур’янів, стійких до гліфосату.

Гербіцид дикамба (3, 6 – дихлор – 2 – метоксибензойна кислота) представляє собою синтетичний ауксин, якому властива інгібуюча дія.  Дикамба в меристематичних тканинах порушує обмін нуклеїнових кислот, синтез білків та інші фізіологічні функції рослин. Вона вибірково знешкоджує дводольні рослини і майже не впливає на однодольні. З цієї причини  її поширено використовують в посівах  кукурудзи та інших злакових культур.  Дикамба зберігається в ґрунті до кількох місяців і практично не  потрапляє у ґрунтові води. Хімічна структура дикамби стабільна, але вона швидко знешкоджується ґрунтовими мікроорганізмами.  Недоліком дикамби є висока летючість, яка  виключає  використання цього гербіциду  безпосередньо біля виноградників і садів. У бактерії Pseudomonas maltophilia ізольований ген, який забезпечує стійкість до гербіциду дикамба. Цей ген перенесено до арабідопсису, тютюну, сої, томатів,  кукурудзи та інших злаків, створено сорти, стійкі до цього гербіциду.

Створення рослин, стійких до посухи, спеки, холоду є значно складнішим завданням, ніж до гербіцидів, оскільки ці ознаки є полігенними.

Рослини, стійкі до холоду, посухи та засолонення, отримані у    Nicotina tabacum, Triticum aestivum та Zea mays за рахунок    суперекспресії гена  транскрипційного фактора CBF3 арабідопсису під контролем індуцибельного промотору. Посухостійкість у кукурудзи отримана в експериментах із введенням в геном цієї рослини гену НАДФ-залежної глутаматдерідрогенази кишкової палички. Підвищену холодостійкість рослини кукурудзи також виявляли при  модифікації геном betA кишкової палички, який кодує холіндегидрогеназу.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

ХімТехДопомога © 2015 Сайт присвячений хімічній промисловості, починаючи від важкого машинобудування і закінчуючи поліграфією та друком. Детальні огляди можливостей промислових досягнень. На сайті згадуються такі теми як: протикорозійний захист, методи другу видавничої продукції, технології виробництва термопластів, додрукарська підготовка видання та багато іншого.