Глик, Пастернак - Молекулярная биотехнология - 2002 (947307), страница 121
Текст из файла (страница 121)
18.!4). Обработка растений химическими препаратами, блокирующими синтез этилена, задерживает и созревание плода, и старение. Таким образом, преждевременное созревание плода можно пре- 406 ГЛАВА 18 дотвратить подавлением способности растения синтезировать э гилен. Для этого можно использовать разные подходы (рис. 18.14). [ак, бьши созданы трансгснныс растении, синтсзируялцие антисмысловыс версии мРНК либо ЛСС-синтазы, либо ЛСС-оксндазы, ферментов, необходимых для синтеза растением этилена. У таких растений уровень этилена был гораздо ниже нормы, а потому плоды имели длительный срок хранения.
Кроме того, при помощи скрининга было илснтифицировано большое количество штал[- мов почвенных бактерий, разрушавших ЛСС. Ген фермента ЛСС-дезаминазы, вьщеленный из одною такого штамма, был помещен под контроль 358-промотора вируса мозаики цветной капусты и встроен в геном томата. Полученные растения синтезировали меныпс этилена, чем нормю[ьныс, а их плоды тоже имели гораздо более Ллительный срок хранения. Большинство работ по выведению трансгенных растений с пониженным содержанием этилена касаются гоматов, но имеешься одно сообщение о создании .[рансгениой мускусной дыни с такими жс свойствами. Вес этн даннью [-спорят О том, что ланный подход может быть весьма результативным применительно к различным п.юдовым культурам. Изменение окраски цветков Цветоводы всс время стараются создавать растения, цветки которых имсюг более привлекательный внешний вид и лучше сохраняются после того, как их срежут.
С иомоп[ью тралиционных методов скрещивания за многие годы были выведены тысячи новых сортов, отличающихся дру!' От друга цветОм и формОй цветков. Одна«О скрсщивание растений — это кропотливая процедура, требующая много времени и имеющая свои ограничения, связанныс с генным пулом конкретного вида; поэтому, например, никому не удалось вывести сникло розу. В качестве альтсрнативь! для выведения цветов с необычной окраской можно использовать методы, основанные на манипуляциях с генами ферментов биосинтеза антоцианинов. Антопианины, соединения класса флавоноидов, являются наиболее распространенными пигментами цветков.
Они синтезируются из аминокисло!.ы фснилалапина в ходе нескольких ферменпттивных реакций. Окраска цветка определяется химическими свойствами их боковой цепи, при этом производные цианидина ответственны за красный цвет, а производные дельфинцлина — за синий (рис. 18.15). Дигидрофлавонол-4-рслуктаза петуньи кагализирует превращение бесцветного дигидрокверцегина в цианилин-З-[люкозид, соединение красного цвета, а бесцвепюго дигидромирицстина — в синий дсльфинидин-З-глюкозид, но не может использовать в качестве субстрата бесцветный лигилроксмпфсрол (рис. 18.15).
Олнако после трансформации петуньи геном дип«Л- рофлавонол-4-редуктазы кукурузы ее цветки приобретают кирпично-краснух! окраску..'+гол необычный цвет, нико!па ранее у петуний не наблюдавшийся, обусловлен синтезом в транс- генном растении псларгонилин-3-глюкозида из липщрокемпферола. Примерно 70% объема индустрии пвстоволства приходится на полю четырех растении: роз, пюздик, 'польпанов и хризантем, поэтому вес усилия по получению генетически трансформированных рас[ений с цветками измененной окраски были направлены на работы именно с этими растениями. Наг[рил[ер, были выпедеиы трансгениыс хризантемы, нссущис смысловые и антисмысловыс конструкции кДНК халконсиптазы.
Этот фермент катвлизирует первую силию биосинтеза антоцианина (рис. 18.15). Учсныс исходили из того, что и смысловыс, и антисмысловыс кДНК будут подавлять экспрессию гена халконсинзазы в трансгенных растениях. «Смышювая супрсссия», называемая также «косупрсссией», состоит в том, что в присутствии лоиолиительной копии эндогенного гена подавляется накопление соответствукпцсй мРНК. Молекулярные основы этого явления до настоящего времени нс установлены. Аитисмысловая жс РНК халконсицтазы блокирует трансляцию эндогенной халкоисипта зной и Р Н К Смысловые и антисмысловыс конструкции, находящиеся под контролем 358-промогора вируса мозаики цветной капусты, были встроены в бинарный не[егор на основе 'П-плазмид и введены в клетки растений.
У трех из 133 «смысловых» трансформантов и трех из 83 «антисмысловых» цветки были белыми, что указывало на подавление экспрессии эндогенного гена халконсинтазы, Генная инженерия растений: применение 407 3 х малопил-СоА ОН НО О. ОН л-КумароиллСоА СЙ5 О) ОН (-) 4,2',4'6 -тетрымлроксихалкои (мелтыт1) СН( О ОН ОН О Нариигенин (бесцаетный) ГЗН С) ОН й ОН Дигилрекемиферсл С) он но С~ О он гЗ'5'Н ОН О ОН О Дигилрокверцетии Дигидраммрицетин (бесцветный) (бесцвегный) ВГй Г)ГК ПГК ЗОТ 3Гтт ЗОТ ОН ОН ОН НО О ОН О- Глюкоза 0- ГлюкозР ( НО О О- Глюкоза ОН ОН Пеларгоивлми-3-глюксзпл (кирпичпо-красный) Плацидии-3-глюкозил (красный) Дельфинилии-3-глюкозил (сипай) Изменение пищевой ценности растений т.
е. подавление синтеза антоциапнна. Растения с белыми цветками вегетативно размножались черенками в полевых условиях и примерно у 90 — 98% из ннх продолжали образовываться белые, а не розовые цветки. Эта работа является важной вехой в выведении новых сортов цветов с необычной окраской, представляющих коммерческий интерес. За многие годы агрономы и селекционеры достиглн больших успехов в улучшении качества н повышении урожайности самых разных сельскохозяйственных культур.
Однако традиционные методы выведения новых сортов растений, Рис. 18Л5. Биосинтез антоцианннов. Сокрашения: СНБ — халконсинтаза, СН1 — халконизомераза, РЗН вЂ” флавонон-З-гндроксилаза, ЕЗ'Н вЂ” флавоноид-3 -гидроксилаза„ЕЗ 5'Н вЂ” флавоноид-3'5'-гидроксилаза, ОРК— дигидрофлавонол-4-релуктаза,ЗОТ вЂ” ()РР-глюкоза: флавононд-3-О-глюкознлтрансфераза. Г)РК петуньи способна катвлизировагь превращение лип(лрокверцетгтна в цианидин-З-глюкозил, а дигидромирицетина — в лельфинилин-З-глюкозил, соединение синего цвета. Г)ЕК кукурузы катазилирует синтез из дию(лрокемпферола псларгонидин-З-глюкозида, соединения кирпгично-красного цвета. Л08 ГЛЛВЛ 18 основанныс на их скрсщивании, весьма трулосмки и трсбуют много времени, а их возможности ограничены вслслствие ограничспности набора генов у скрещивасмых линии. Гснноинженсрныс методы не только позволяют ускорить процесс получсния растений с улучшенными свойствами, но и создавать сорта с новыми признаками, которые невозможно было бы псрсдать растениям с помощью традиционных мстодов скрсщивания.
Например, в лабораторных условиях уже получсны такие культуры с улучшенными пищсвыми качествами, как кукуруза и горох. При этом был изменен аминокислотный состав нскоторых запасных белков их осман. Кромс того, созданы сорта масличных культур (как пищевых, так и нспипгсвых) с изменснным жирнокислотным составом плолов, а такжс прсдпринята попытка улу ппить вкус фруктов путем ввсдсния в растсния гена монсллина, белка, имеющего сладкий вкус. Аминокислоты Запасныс белки, которыс служат источниками углсрола и азота прорастающих семян, состоят из ограниченного повторяющсп>ся набора аминокислот. Пищсвая цснность этих бслков нсвелика, поскольку в них отсу! ствуют одна или насколько нсзамснимых аминокислот (обычно лизин или метионин).
Лминокислотный состав запасных бслков ссмян можно немного изменить обычным скрещиванием, а нелавно для этих цслей были использованы гснноинженсрные мстоды. В одном из предваритсльных экспериментов в растсния табака был введен ген фазсолина из фасоли, кодирующий запасной бслок, который состоит из самых разных аминокислот. Ген эффективно экспрсссировался, а бслковый продукт лоставлялся в нужныи комнартмснт. Крох!с того, спсци>1>ичсски измснив !и х>гго нуклсотидную последовательность генов запасных бочков ссмян, можно бьио синтсзировать белок с нужным аминокислотным составом. Если аминокислотныс замсны происходят вблизи гипсрвариабсльпой области С-концсвого участка молекулы, то се структура не нарушасгся.
Правильная укладка испи остается и при прорастании ссмян. Чтобы увеличить содержание лизина в ссмснах, была прелпринята попытка нарушить рсгуляпию ого биосинтсза. Лминокислоты лизин, трсонин, метионин и изолейцин синтезируются из аспартата (рис. 18.16) в несколько этапов. Первый этап состоит в фосфорилировании аснартата аснартаткиназой (ЛК) с образованием 13-асцартилфосфата. Далее, при биосинтсзс лизина, происходит копдснсация аспарагинового 1)-полуальдегида с нировиноградной кислотой, катализируемая сннтазой дигидродипиколиновой кислоты (Р)чРРВ). Рг>гуляция обсих фсрментативных активностей (ЛК и Р)чРРЯ) осущсствлястся с помон>ью лизина гю принципу обратной связи, которую нужно разорвать, чтобы синтез лизина ничсм нс ограничивался.
Для этого использовали гены Р)ч РРВ и ЛК, нс чувствитсльныс к ингибированию лизином, из СагупеЬас(ег>и>л и Г. сай соотвстствснно. К каждому из этих генов «пришивали» нуклсотидную последоватсльность, кодирующую лидерный псптид, транспортирующий белки в хлоропласты, снабжали каждый из гонов ссмяспецифичным промотором и вводили их в растения канолы и сои в составс бинарного всктора на основе Т>-нлазмил (рис 18.!7). В семснах трансгенных растений содержалось в 100 раз большс свободного лизина, чсм в семенах обычных растении; при этом содержание лизина во всех белках семян канолы было в Лва раза болыпе, а в белках сои — в пять раз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
