Повышение природных защитных свойств растений

13-03-2014, 23:06
Молекулярные взаимодействия, приводящие к активации защитных механизмов растения, интенсивно изучаются и последние достижения открывают ряд возможностей для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к болезням и вредителям методами генетической инженерии.
Повышенная продукция элиситоров
Элиситоры продуцируются либо самим патогеном, либо компонентами растительных клеток, такими, как клеточная стенка, после гидролизующего действия патогена. Продукция элиситоров в растениях вследствие применения технологий с использованием рекомбинантных ДНК — заманчивый подход к решению вопроса повышения устойчивости к болезням, и уже были сделаны попытки применить его на картофеле. Трансгенные клубни, продуцирующие пектинолитический фермент E. carotovora (известно, что он может освобождать из клеточной стенки олигомерные сахариды, действующие как элиситоры), были намного менее восприимчивы к бактериям, чем клубни нетрансгенных растений. В этом случае фермент продуцировался внутриклеточно и элиситоры высвобождались только при инфекции в результате выделения фермента из тканей, разрушающихся в процессе инфекции.
Экспрессия клонированных генов устойчивости
В течение последнего десятилетия были изучены молекулярные основы взаимодействий растения-хозяина и патогена и отклонированы гены авирулентности (avr) и соответствующие гены устойчивости (R). Эти разработки уже применялись для защиты риса от бактериальной пятнистости листьев, вызываемой Xanthomonas oryzae pv. oryzae. Трансформация воcприимчивого сорта риса R-геном Ха-21, выделенным из устойчивой линии, приводила к появлению растений риса, высокоустойчивых ко многим изолятам X. oryzae.
Сигнальные пути в царстве растений, по-видимому, одинаковы, по крайней мере у близкородственных видов. Действительно, трансгенный табак, экспрессирующий R-ген Pto (выделенный из томата и дающий устойчивость к Р. syringae pv. tomato), показал устойчивость к Р. syringae pv. tabaci. Это открывает возможности для межвидового и межродового переноса функциональных R-генов. Продукты R-генов, придающие устойчивость к бактериям или грибам, имеют сходные структурные особенности: такие, например, как богатые лейцином повторяющиеся последовательности, которые, возможно, участвуют в восприятии Avr-сигналов генов авирулентности. Многообещающей выглядит возможность создания синтетических R-генов, способных обнаруживать широкий спектр патогенов и/или ориентированных на стабильные Avr-сигналы этих патогенов.
Повышенная продукция активного кислорода
Ранняя ответная реакция, которая имеет место сразу после инфицирования растений бактериальными патогенами — это локальная, кратковременная, но массированная генерация активного кислорода (ROS — reactive oxygen species), называемая окислительной вспышкой. Накопление перекиси водорода и других ROS, по-видимому, определяет несколько функций в защитных механизмах растений: 1) запуск локальной гибели гиперчувствительных клеток; 2) усиление прямой антимикробной активности; 3) укрепление клеточной стенки растений. Кроме того, перекись водорода может служить сигналом для индукции генов контролирующих защиту в окружающих тканях.
Экспрессия гена глюкозооксидазы из Aspergillus niger индуцировала наработку больших количеств перекиси водорода в тканях трансгенных растениях картофеля, что приводило к повышенной устойчивости к E. carotovora. Значительное повышение концентрации перекиси водорода в растительных тканях обнаруживалось только при бактериальной инфекции. Бактериальные пектинолитические ферменты, возможно, освобождали внутриклеточную глюкозу, которая, в свою очередь, служила субстратом для глюкозооксидазы.
Экспрессия защитных генов растений
Экспрессия гетерологичных защитных генов растений, приводящая к синтезу фитоалексинов, участвующих в патогенезе белков (PR) или антимикробных пептидов, была использована, преимущественно, для получения трансгенных растений, устойчивых к грибам; только одна группа антимикробных пептидов, тионины, была использована против бактерий. Их активность объясняется электростатическим взаимодействием с мембранными фосфолипидами, приводящим к образованию пор. In vitro тионины токсичны для ряда бактериальных патогенов растений. Однако, трансгенные растения табака, экспрессирующие тиониновые гены ячменя, имели различную устойчивость к P. syringae pv. tabaci. В одном случае через три дня после заражения листа патогеном наблюдался очень низкий уровень некротических повреждений, а в другом случае не наблюдалось никакого изменения устойчивости, даже, несмотря на то, что трансгенные растения синтезировали большие количества тионинов. Этот отрицательный результат был приписан отсутствию секреции тионинов в межклеточных пространствах, где обычно находятся бактерии.
Как правило, перенос отдельных защитных генов обеспечивает только частичную устойчивость трансгенных растений. Возможно, это происходит потому, что в растении защитные реакции работают против патогена в комплексе. Следовательно, экспрессия комбинации гетерологичных защитных генов должна быть более действенной в плане повышения устойчивости трансгенных растений. Фактически, это уже продемонстрировано на примере нескольких растительно-грибных систем, в которых синергическое действие хитиназы и глюканазы повышало устойчивость растений к грибам.
Другой стратегией может быть контролируемая активация системной приобретенной устойчивости (SAR). Многие исследования направлены на идентификацию генов, участвующих в индукции SAR, что обеспечивает перспективы для получения растений, устойчивых к широкому кругу патогенов, включая бактерии, посредством генетических манипуляций.

  • Другие возможные подходы
  • Механизмы, определяющие восприимчивость или устойчивость
  • Использование антибактериальных белков нерастительного происхождения
  • Повышение устойчивости растений к бактериальным болезням
  • Двухкомпонентная система и неспецифическая устойчивость
  • Хитиназы и глюканазы
  • Пероксидазы растения-хозяина
  • Другие направления в создании устойчивых к вирусам трансгенных растений
  • Устойчивость трансгенных растений, обусловленная экспрессией транспортных б ...
  • Трансгеноз белка оболочки вирусов

  • Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

    Министерство сельского хозяйства Оренбургской области

    Правительство Оренбургской области

    Визитка компании - сайт компании

    Ильинка Фаворит Агромир Техноорь

    Системы точного земледелия Автопартнер





    Акцент

     

    • Рейтинг@Mail.ru
    • Яндекс.Метрика
    • Индекс цитирования