Получение трансгенных растений, устойчивых к грибной, бактериальной и вирусной инфекциям

В качестве ответа на действие фитопатогенов в растениях включается целый каскад механизмов защитных реакций. При этом активный иммунитет растений может проходить по двум основным направлениям: во-первых, в ответ на инфекционную инвазию начинается синтез соединений, являющихся токсичными и ограничивающих жизнедеятельность патогенов, что в конечном итоге приводит к их гибели. Во-вторых, в качестве защитного ответа на повреждение могут создаваться структурные барьеры, которые предотвращают поступление и распространение патогенов, что достигается лигнификацией клеточных стенок растений либо укреплением клеточных стенок за счет гликопротеидов богатых гидроксипролином и других соединений, так называемых экстенсинов, что в конечном итоге приводит к защите тканей от повреждения фитопатогенами. В ответ на инфицирование вирусами, бактериями и грибами индуцируются специфические белки РRР (pathogen related proteins), в том числе и наиболее изученные хитиназы и β-1,3-глюконазы. Эти ферменты ингибируют рост грибов, а также некоторых видов бактерий, приводящих к частичному гидролизу их клеточных стенок. Так как ранее экспериментально уже был показан антимикробный эффект хитиназ и глюконаз, а также то, что эти белки кодируются одиночными генами, гены хитиназы и глюконазы были использованы в генно-инженерных работах по получению трансгенных растений, устойчивых к фитопатогенам. Были получены трансгенные растения табака и турнепса, несущие ген хитиназы под контролем промотора 35S. У этих растений наблюдалась устойчивость к грибной инфекции, причем не только в лабораторных, но и в полевых испыта- ниях. Кроме того, было показано, что защитные эффекты хитиназ синергидно повышаются одновременным действием глюконаз, таким образом, трансгенные растения с обоими этими генами будут иметь большой агрономический эффект.

В процесс контроля за вирусной инфекцией растений исторически было вовлечено большое число различных подходов. В результате только совместное комбинирование различных методов могло принести результаты по получению растений, устойчивых к вирусной инфекции. За последние годы был сделан в этом направлении заметный рывок, что напрямую связано с более детальным пониманием организации генома и функционированием вирусных генов. В на- стоящее время для получения растений, устойчивых к вирусной инфекции с помощью генно-инженерных технологий, существует ряд методик, позволяющих получить трансгенные растения, трансформированные геном оболочки вируса, что приводит к уменьшению инфицированности и ингибированию размножения вируса. Таким методом были получены растения табака и картофеля, трансформированные геном оболочки вируса табачной мозаики, что привело к появлению стойкого антивирусного эффекта у трансгенных растений. Другие методы получения трансгенных растений, устойчивых к действию фитовирусов, включают экспрессию генов антивирусных антител, вирусных сателлитных РНК, антисенсных последовательностей. Интересным кажется пример антивирусного эффекта от трансформации растений геном человеческого интерферона IFN. Белок ин- терферона является одним из ключевых белков индукции иммунитета у млекопитающих, которая в принципе отличается от такового у растительных организмов. Вторая рамка считывания ДНК вируса мозаики цветной капусты была заменена на кодирующую последовательность гена IFN человека. Трансформация турнепса такой векторной конструкцией привела к продуцированию биологически активного интерферона в клетках растений, что резко повысило устойчивость к вирусу желтой мозаики турнепса. Ген человеческого интерферона был также введен в геном табака и картофеля. Получена значительная устойчивость трансгенных растений к вирусным фитопатогенам.