Глик, Пастернак - Молекулярная биотехнология - 2002 (947307), страница 95
Текст из файла (страница 95)
Многие почвенные микроорганизмы обладают способностью стимулировать рост растений. Были исслелованы молекулярные механизмы, лежагцие в основе этой стимуляпии, с тем чтобы выяснить, можно ли использовать полезные почвенные бактерии вместо химических удобрений.
Полезные бактерии могут оказывать свое влияние непосредственно, поставляя растениям фиксированный азот, хелатированное железо, фитогормоны или облегчая поглощение ими фосфора. Но влияние может быть и опосредованным, через подавление роста фитопатогенных микроорганизмов. Из всех бактерий, стимулирующих рост растений и уже использующихся в сельском хозяйстве, наиболее детально изучены члены семейства ВЬ(гоЬ(ит и Вгаг)уЖ~оЬ|ит. Эти микроорганизмы вступают в сложные облигатные симбиотические отношения со ст)юго опрелелени ы ми растениями.
Молекулярные основы фиксации азота всесторонне исследовались на К ряеитотае, которая может служить модельной системой для изучения симбнотических бактерий семейств КЬ(еоЬшт и Вгааугй(еоЬУит. Детально охарактеризована нитрогеназа, азотфиксирующий фермент. Молекулярно-генетические исследования показали, что фиксация азота бактериями — это сложный процесс; в нем участвует семь координированно регулируемых оперонов, кодируюших в общей сложности 20 разных белков.
Это делает пока невозможным создание с помощью методов генной инженерии растений, которые могли бы сами усваивать азот, и других азотфиксирующих бактерий. Азотфиксируюший фермент нитрогеназа, используя энергию гидролиза АТР, катвлизирует образование газообразного водорода (1-1,).
Некоторые штаммы ИигоЬ(ит синтезируют фермент гидрогеназу. Он катализирует превращение ш у(ро Н в Н+, что увеличивает эффек- 328 ГЛАВА !4 тивность фиксации азота. Если штамм содержит неактивную гидрогеназу, его способность фиксировать азот и стимулировать рост расгения уменьшаегся. С учетом всего сказанного выше были предприняты попьгпси ввесги клонированные гены гидрогеназ в штаммы КЬ!еаЬ(ит, всгупаюц!ие в симбиогические отношения с сельскохозяйственными культурами.
По предварительным паиным, проводя гснноинженерные мопификации генов гилрогеназ, можно создать штаммы КЬ!еаЬ(ит, обладакяцие более высокой способностью стимулировать рост растений. Вступая в симбиспшеские отношения с растениями, цпаммы КЬцоЬ(ит стимулируют образование на их корнях клубеньков, где и происходит размножение этих бактерий и фиксация азота.
Разумно было предположить, п.о, если с помощью методов генной инженерии удастся создать бактерии, способствующие образованию большего количества клубеньков, конкурентоспособность инокулируклцих штаммов КЬ(гаЬ(ит в борьбе за место на корнях растений-симбионтов повысится по сравнению со штаммами дикого типа. К сожалению, обнаружилось, что в образовании клубеньков учас| вуег множество разных генов, и эта сложность затрулняет проведение соответствующих молекулярно-генетических экспериментов.
Опосредованная стимуляция роста растений бактериями состоит в защите растений от повреждений, вызываемых фитопатогенными грибами или бактериями. Такая зашита осуществляется при участии специфических соединений. синтезируемых бактериями, которые стимулируют рост растений: силерофоров, антибиотиков, Лругих малых молекул и различных ферментов. Некоторые другие продукты синтеза, в частности фитогормоны и АЦК вЂ” лезаминаза, влияют на рост растений непосредственно. Есть надежда, что коп|а-нибуль гены биосинтеза всех перечисленных соединений можно будет использовать лдя создания бактерий — более эффективных стимуляторов роста растений.
ЛИТЕРАТУРА Адаша М. 5У. 5У., 1.. Е. Мог(епаоп, Л. Я. СЬеп. 1981. Нуг!гойепаае. В|асЬг|п. В(орйуз Ас|а 594: 105-176. А)ЬгесЫ Я. Е., К. Л. Ма(ег, Р. Л. Напив, Я. А. Квязе11, Г). 9У. Ешепсй, Н. Л. Еуапа. ! 979. Нудгойепаае |п КМгаМит |аратсит 1псгеазеа гц!гойеп Вха!юп Ьу пог)ц!а!ег! аоуЬеапк Вс(епсе 203: 1255-1257.
Агр !3. Л. !990. Н„сус1ш8 |п Х йха!юп: раз!, ргезеп1, апо Гц!цге оц!1оок, р. 67 — 76. 7п Р. М. Сгегжйо(Т, 1.. Е. Ко!Ь, О. 8!ассу, 5У. Е. Ме!у!оп (е(!.), Хггайеп Гога!!ап| Асй(егетепгх апг( ОЬ7есг(уех. Сйаршап 9. На!1, Хеч| !'ог)с, Ь(Х. Ваг-!5(еаа Е., 1'.
СЬеп, Ъ'. Набат, Н. Магасйпег, к Кошйе!д. 1991. 8ЫегорЬогеа оГ Рзеиг(отопив риг(|(а аз ап |гоп аоцгсе Го гйсо! ап|1 пюпосо! р1а|пз. р. 271 — 281. Гп "г'. Сйеп, г'. Набат (ед.), 1гоп А|айхал апВ )пге|асйапх |п Р!а|||а К1цу|ег Асаг)еш)с РцЫ!зйегз, Г)огдгесй1, ТЬе Хе!Ьег!апг)к Саа!ге!1 М.
А., К. А. Навй)апд, Н. Л. Етагьч. 1983. Сопмп|сйоп оГ а КЬцаЬ(ит Ларатсит 8епе Ьап)г апд цае ш (ао1а!(оп оГ а Ьуг(гойеп цргаке 8епе. Рюс. |ха!(. Аса|7. 5сй Р ЬА 80: 181 — ГВ. СЬе! 1., Л. 1пЬаг. 1994. Вю!оЬйса1 соп!го1 оГ 6|пйа( райюйепз. Арр!. В(асйеп!. В|а|есйпа1. 48: 37 — 43. Сгоаа Л. Н. 1989. Севе!1сз апг) пю!есц!аг Ь|о(ойу оГ зЫегорйоге-шеЖа!ед ггоп !гапзрог! |п Ьас|епа. М1гюЬгоЬ Кеу. 53: 517 — 530. Еуапа Н.
Л., А. К. Нагйег, Н. Рареп, Я. А. Квааей, Р. Л. Надва, М. Хпйег. 1987. Рйуаю!ойу, ЬюсйешЫгу, апс( 8епебса оГ Гйе цр!а1|е Ьус!гойе- пасс |п КЬ(гаЬ(а. Аппи. Кеи. М(сгаЬ!а1. 41: 335-36 1. Р!аейег Н;М. 1994. (3епейс ге8ц!а!юп оГ пйгойеп Вхайоп |п КЬ(гаЬ|а. М|сгоЬ|о!. Кем 58: 352-386. б)!с!г В. К. 1995.
Тйе епйапсешеп! оГ р!ап! 8! о!гГЬ Ьу Ггее-!|у|п8 Ьасгепа. Сап. Х М|сюЬгоб 41: 109-117. 61(сй В. К, Ъ'. Ваяйап. 1997. Оспе!1с шап|рц!абоп оГ р1ап! 8|о!у!Ь-ргошо!1п8 Ьас|епа го епйапсе Ьюсоп!го1 оГ рйуяорарйойепз. В!агес1|пай А|!к 15: 353 — 378.
И!сй В. К., С. В. ЛаеоЬяоп, М. М. К. Бей|татке, Л. Л. Раа!егпак. !994. 1-Апшюсус!оргорапе-1- сагЬоху!к асЫ г)еапипазе пзц!ап!а оГ |Ье р!ап! 8готггй-ргошог(п8 гЫгоЬас!епцп| Рхеиг(о|попах риг!|(а ГЛК12-2 до по! айпи!а!е сапо1а гоо! е!опйайоп. Сап. Х М|сюЬ|а!. 40: 911 — 9! 5, С41сй В. К., 1). М. Репгозе, Л. 1 Ь А шве! 1ог Гйе 1отепп8 оГ р1ап! е!Ьу!епе сопсеп|гайопз Ьу 5ЗВ ГЛАВА 14 аль ргоопсйоп орапНгеехе ргоге1п Ьу гпе р!апг яговч1т-ргошог?пя гИхобасгепцш раеиаотопаз риа??а ПК12-2. Сап. Х Мючб|об 41: 77б — 784. таа йЫ1в Р., Л. Уапйег1еуйеп. 1995. Тйе ВЫГоЬ?шар!апг зугпбюзас М?сгоЬ?о?.??ек 59: 124 — 142.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Предположим, что у вас есть штамм ФитоЬ?игп 7ароп?сит, способный усваивать азот и вступающий в симбиотические отношения с растениями сои. Какой подход вы использовали бы лля идентификации кластера генов, кодирующих образование клубеньков, при условии, что у вас нет зонда для гибридизации с пог?-генами? 2. Что такое гидрогеназа? Как с ее помощью можно повысить урожайность люцерны? 3. Предложите стратегию идентификации всех генов А,"огоЬас?ег г?пе?апсИ, участвующих в связывании азота, имея в виду, что у вас нет иД'-генов других микроорганизмов, которые можно было бы использовать в качестве гибридпзационных зоилов. 4. Как, по вашему мнению, повлияет внесение мутаций в пКА- или щи.-гены на количество фиксируемого данным организмом азота? 5. Обсудите возможность создания рекомбинантных растений, способных фиксировать азот.
б. Прелложите схему выделения генов гидрогеназы. 7. Что такое сидерофоры? Каким образом„модифицируя гены сидерофоров, можно повысить способность бактерий стимулировать рост растений? И. Предложите схему идентификации генов биосинтеза сидерофоров. 9. В чем преимушество микробиологических удобрений перед химическими? 10. Как с помощью методов генной инженерии повысить эффективность АягоЬасгепигп гаа?оЬасгег как инструмента биоконтроля? 11. Какие ферменты, секретируемые стимулирующими рост растений бактериями, обусловливают их «биоконтролирующие» свойства? Каков механизм действия этих ферментов? Из всех классов животных класс насекомых — самый многочисленный: число описанных видов приближается к 1 млн.
Насекомые могут наносип* огромный ущерб урожая> сельскохозяйственных кулыур, а некоторые из них являются переносчиками болезней человека и животных. В 1940-х гг. было синтезировано множество химических инсектицидов„позволюощих контролировать численность популяций насекомых- вредителей. Самым известным из них был лихлордифенилтрихлорэган (ДДТ). Это хлорорганическое соединение синтезировали в !870-х гт., но в качестве инсектицида сгтщи применять лишь в конце !930-х гг.
ДДТ оказался высокоэффективным срелством борьбы со многими насекомыми-врелителями. Как и другие хлорорганическне соединения, он оказывает парализующее действие на нервную систему и мышечные ткани насекомых. К настоящему времени синтезированы и широко применяются другие хлорорганические соединения, такие как дильдрин, альдрин, хлордан„линдзи, токсофен.
Еще опии класс химических инсектицидов— фосфорорганические соединения, включакнцие малатион, паратион и диазинон. Фосфорорганнческие инсектициды первого поколения были разработаны как боевые отравляющие вещества. Теперь их используют для контроля численности насекомых. Их действие основано на ингибировании ацетилхолинэстеразы, которая гцдролизуег нейромедиатор ацетилхолин. Инсектицилы этого класса нарушают функционирование мотонейронов и нейронов мозга насекомого. В США к началу 1960-х гг.
химическими инсектицидами обрабатывалось около 50 млн. га сельскохозяйственных уголий. Примерно в это время было показано„что хлорорганические (в большей степени) и фосфорорганические (в меньшей степени) инсектициды оказывают вредное воздействие на человека, животных и экосистемы. Это воздействие может проявляться немедленно или спустя длительное время. Хлорорганические соединения (в частности, ДДТ) сохраняются в окружающей среде ог 15 до 20 лет и накапливаюгся во все возрастающих концентрациях. Ьноаккумуляцня химических инсектицидов в жировых тканях многих организмов уже привела к пагубным последствиям.
Так, в Северной Америке были практически истреблены многие виды птиц: сапсаньц ясгребыперепелятникн, белоголовые орланы, бурые пеликаны, ушастые бакланы. Со временем основные насекомые-вредгггели становились все более устойчивыми ко многим химическим инсектицндам, и это привело к тому, что к 1950-м гг. для контроля их численности пришлось использовать более высокие концентрации инсектицидов, Кроме того, было показано, что химические инссктн циды действуют не избирательно, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
