Презентация на тему Клеточная инженерия в селекции садовых культур. Методы генной инженерии растений. Генетическая трансформация растений

или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а

также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии [5].

тканей и клеток in vitro, на слиянии соматичексих(неполовых) клеток

или их протопластов.
Генетическая инженерия – технологии основаны на получении гибридных молекул ДНК и введении их в клетки бактерий, растений и животных.
Биологическая инженерия – технология основана на изучении биологических особенностей клеток и внедрении компьютерных методов контроля технологических режимов. [4]

Основные разделы биотехнологии

на основе их гибридизации, реконструкции и культивирования. Клеточная инженерия

включает реконструкцию жизнеспособной клетки из отдельных фрагментов разных клеток, объединение целых клеток, принадлежавших различным видам, с образованием клетки, несущей генетический материал обеих клеток, и другие операции. Клеточная инженерия используется для решения теоретических проблем в биотехнологии и является одним из основных её методов для создания новых форм растений и животных [1].

Клеточная инженерия в селекции и семеноводстве садовых культур

основана на трех принципах:
необходимости изолирования экспланта от материнского

растения;
культивировании экспланта в регулируемых условиях, определяемых химическим составом питательной среды, а также физическими условиями;
выполнении всех работ по культивированию клеток и тканей в стерильных условиях. [4]

друг от друга показали возможность выращивания меристем кончиков корней

томатов и кукурузы на синтетических питательных средах.
Меристема, от греч. меристос – делимый, образовательная ткань растений, долго сохраняющая способность к делению клеток
С этого момента начались массовые исследования, и к 1959 г. насчитывалось уже 142 вида высших растений, выращиваемых в стерильных условиях на специально подобранной культуральной среде.
В 1955 г. Ф. Скуг и С. Миллер открыли новый класс фитогормонов – цитокинины. При их совместном действии с другими фитогормонами – ауксинами – появилась возможность стимулировать деление клеток, поддерживать рост каллусной ткани, индуцировать морфогенез в контролируемых условиях.
В 1960 г. Коккинг (Великобритания) разработал метод получения изолированных протопластов. Это послужило толчком к получению соматических гибридов, введению в протопласты вирусных РНК, клеточных органелл, клеток прокариот. В это же время Дж. Морел и Р.Г. Бутенко предложили метод клонального микроразмножения, который сразу широко стал использоваться на практике. Под руководством Р.Г. Бутенко в 1969 г. была разработана технология культивирования одиночной клетки при помощи вспомогательной ткани. [3]

способности тканей растений к неорганическому росту на специальных искусственных

средах, содержащих питательные вещества и регуляторы роста. При культивировании тканей растений на таких средах многие клетки оказываются способными к неограниченному размножению, образуя слои (массу) недифференцированных клеток, получивших название каллуса. Если каллус разделить на отдельные клетки и продолжить культивирование изолированных клеток на питательных средах, то из отдельных (одиночных) клеток могут развиться настоящие растения. Способность одиночных соматических клеток растений развиваться в настоящее (целое) растение, называют тотипотентностью [2]

и бактерий для культивирования вирусов, с целью создания вакцин,

сывороток, диагностических препаратов.
Культивирование культур клеток для получения биологически активных веществ.
Получение моноклональных антител для использования в медицине и ветеринарии.
Генно – инженерные манипуляции с клетками для получения новых форм, новых культур клеток, биопрепаратов [1].

Задачи клеточной инженерии

что связано с мутациями их хромосом. Поскольку генетическая нестабильность

дает разнообразные формы растений, они очень полезны в качестве исходного материала для селœекции.
Растения можно получить и из протопластов растительных клеток, под которыми понимают клетки, у которых искусственно с помощью гидролитических ферментов (пектиназы и целлюлазы) удалена клеточная стенка. Обычно протопласты получают из клеток листьев, корней, лепестков, прорастающей пыльцы, плодов и других структур растений. Способность протопластов давать начало растениям выявлена у очень большого количества видов. [2]

клональным микроразмножением.
Главнейшее преимущество этого метода состоит в том,

что он позволяет резко сократить сроки размножения многих видов растений, а также очень быстро воспроизвести одно и то же растение в сотнях тысяч экземпляров, что имеет исключительно важное значение в селœекционной работе и в получении посадочного материала, незараженного возбудителями болезней. [2]

растений
Схема получения генетически модифицированных растений
Направления генной инженерии растений
Примеры генной

инженерии

функционально активных генетических структур (рекомбинантных ДНК), или иначе -

создание искусственных генетических программ (Баев А. А.).
По Э. С. Пирузян генетическая инженерия - система экспериментальных приемов, позволяющих конструировать лабораторным путем (в пробирке) искусственные генетические структуры в виде так называемых рекомбинантных или гибридных молекул ДНК.
Цель прикладной генетической инженерии заключается в конструировании таких рекомбинантных молекул ДНК, которые при внедрении в генетический аппарат придавали бы организму свойства, полезные для человека.

набора фрагментов ДНК, содержащих нужный ген, собирают гибридную структуру,

которую затем вводят в клетку. Введенная генетическая информация экспрессируется, что приводит к синтезу нового продукта. Таким образом, вводя в клетку новую генетическую информацию в виде гибридных молекул ДНК, можно получить измененный организм.
Растения имеют одно очень важное преимущество перед животными, а именно возможна их регенерация in vitro из недифференцированных соматических тканей с получением нормальных, фертильных (способных завязывать семена) растений.

ген
разработать методы, обеспечивающие включение его в наследственный аппарат

растительной клетки
регенерировать из единичных клеток нормальное растение с измененным генотипом
Таким образом, методология генетической инженерии в отношении растений направлена на коренное изменение методов традиционной селекции, с тем чтобы желаемые признаки растений можно было получать путем прямого введения в них соответствующих генов вместо длительной работы по скрещиваниям.

выделение трансгена из геномной ДНК организма-донора. Возможно два основных

варианта генетических конструкций: содержащих белок-кодирующие трансгены (конструкция 1) или участки генов, расположенные в антисмысловой ориентации (конструкции 2 и 3). Обозначения: RB, LB - повторы, маркирующие участок ДНК в векторе, который переносится в геном растений ферментами агробактерии; NPTII - ген, экспрессия которого позволяет растениям-трансформантам расти на антибиотике канамицине; РНКаза - ген панкреатической рибонуклеазы быка; ПДГ - участки гена пролиндегидрогеназы арабидопсиса, размещенные в антисмысловой ориентации; pMAS, p35S - промоторы, управляющие экспрессией трансгенов.

двудольных растений наиболее эффективным способом генетической трансформации считается перенос

генетического материала с помощью природного “генного инженера” - почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens.

Специфические белковые комплексы агробактерий вырезают генетическую конструкцию, переносят ее из бактерии в клетку растений и встраивают в геномную ДНК.
Заключительный этап всех подобных экспериментов - испытания созданных генными инженерами растений.

при котором генетическая конструкция не содержит трансгенов, кодирующих белок.

В этом случае используется феномен так называемого генетического сайленсинга (от англ. silencing - глушение), который используется, когда нужно отключить или снизить активность одного из собственных генов растения. В основе этого метода лежит открытие фундаментального явления РНК-интерференции (подавления экспрессии генов с помощью двуцепочечной РНК), за которое была присуждена Нобелевская премия.

устойчивые к низким температурам
Растения, устойчивые к насекомым-вредителям
Растения,

устойчивые к гербицидам
Растения, устойчивые к вирусам
Растения - азотфиксаторы

работают над созданием тополей, которые могут очищать загрязненные места при

помощи впитывания через корневую систему загрязняющих веществ, содержащихся в подземных водах. После этого растения разлагают загрязнители на безвредные побочные продукты, которые впитываются корнями, стволом и листьями или высвобождаются в воздух.

Этот бактериальный токсин Bt ядовит для ряда насекомых, вредителей сельского хозяйства,

но безвреден для человека

и холеры, просто укусив банан.
Когда измененная форма вируса

вводится в молодое банановое дерево, его генетический материал быстро становится постоянной частью клеток растения. С ростом дерева его клетки производят вирусные белки, но не инфекционную часть вируса. Когда люди съедают кусок генетически созданного банана, заполненного вирусными белками, их иммунная система создает антитела для борьбы с болезнью; то же происходит и с обычной вакциной.