Повышение устойчивости растений к стрессовым условиям

Растения очень часто подвергаются воздействию различных неблагоприятных факторов окружающей среды: высокие и низкие температуры, недостаток влаги, засоление почв и т. д. Таких факторов множество, поэтому у растений выработались различные способы защиты от них — от физиологических изменений до структурных приспособлений, позволяющих преодолевать отрицательные воздействия.

Имеются определенные возможности для повышения устойчивости растений методами генетической инженерии. Это работа с отдельными генами, контролирующими метаболические ответы растений на стрессовые условия, например сверхпродукцию пролина в ответ на осмотический шок и действие засоления, синтез особых белков в ответ на тепловой шок и т. д.

Важным направлением генетической инженерии является селекция сортов, устойчивых к засухе, жаре, повышенному засолению почвы. Поскольку все эти стрессовые факторы относятся к разряду осмотических, то и подходы по этим направлениям общие. Чтобы приспособиться к таким условиям, растения синтезируют низкомолекулярные нетоксичные вещества — осмопротекторы. Эти вещества способствуют поглощению и удержанию воды, а также предотвращают разрушение макромолекул белков в стрессовых условиях. Идет работа над выявлением, клонированием и переносом в растения трансгенов, кодирующих образование различных осмопротекторов (сахаров, аминокислот, многоатомных спиртов, полиаминов), веществ, регулирующих содержание ненасыщенных жирных кислот в мембранах клеток, и т. д. Исследования показали, что некоторые растения, в частности табак и томаты, не накапливают гли- цинбетаин (осмопротектор) и поэтому высокочувствительны к солевому шоку. Г. Джиа с соавторами в 2002 г. получил трансгенные томаты, экспрессирующие бетаинальгиддегид- рогеназу (БАД, участвующий в биосинтезе глицинбетаина) лебеды Atriplex hortensis и проявляющие достаточно высокую устойчивость к солевому стрессу.

С развитием индустриальных технологий стала актуальной разработка методов, позволяющих вести хозяйство в условиях повышенных концентраций в почве тяжелых металлов. Один из подходов к решению этой проблемы — клонирование и встраивание в геном растений гена, кодирующего белок животного происхождения — металлотионеин, который способен связывать многие тяжелые металлы. Выделен ген, продукт которого связывает кадмий.

Можно отметить косвенный подход к получению морозоустойчивых растений, основанный на генно-инженерных методах работы с бактериями Pseudomonas syringae и Ег- winia herbicola. Исследователи Колорадского университета (США) выявили, что повреждению растений при замерзании способствуют эти бактерии эпифитной (поверхностной) микрофлоры и что их белки служат центрами кристаллизации. Если обезвредить бактерии стрептомицином, то растения не замерзают при температуре -8 °С. Но стрептомицин дорог и вреден, поэтому выгоднее было изменить генетику данного штамма бактерий, вырезав из генома определенный ген. Растения, инфицированные мутантным штаммом Pseudomonas syringae, росли при отрицательной температуре. Однако оказалось, что бактерии мутантного штамма более живучи и способны вытеснить природный штамм, который, попадая в верхние слои атмосферы, способствует кристаллизации атмосферной влаги. Вероятно, что уничтожение природного штамма и замена его на мутантный могли бы привести к экологической катастрофе, поэтому научные разработки в этом направлении были вовремя приостановлены.

Дальнейшее изучение физиологической, биохимической и генетической основы ответной реакции растения на стрессовые условия среды позволит применять методы генетической инженерии для конструирования устойчивых растений.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >