Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Часть серии по
Генная инженерия
Генная инженерия logo.png
 
Генетически модифицированные организмы
История и регулирование
Процесс
Приложения
Споры

Генетически модифицированные растения были созданы для научных исследований, для создания новых цветов растений, доставки вакцин и создания улучшенных культур. Геномы растений можно сконструировать физическими методами или с использованием Agrobacterium для доставки последовательностей, содержащихся в бинарных векторах Т-ДНК . Многие растительные клетки являются плюрипотентными , что означает, что можно собрать одну клетку зрелого растения, а затем при правильных условиях сформировать новое растение. Этой способностью могут воспользоваться генные инженеры; путем отбора клеток, которые были успешно трансформированы во взрослом растении, затем можно вырастить новое растение, содержащее трансген в каждой клетке, посредством процесса, известного как культура ткани . [1]

Исследование [ править ]

Многие достижения в области генной инженерии стали результатом экспериментов с табаком . Основные достижения в культуре тканей и клеточных механизмах растений для широкого круга растений произошли из систем, разработанных в табаке. [2] Это было первое растение, созданное с помощью генной инженерии, и оно считается модельным организмом не только для генной инженерии, но и для ряда других областей. [3] Таким образом, трансгенные инструменты и процедуры хорошо зарекомендовали себя, что делает его одним из самых простых для трансформации растений. [4] Еще одним крупным модельным организмом, имеющим отношение к генной инженерии, является Arabidopsis thaliana .Его небольшой геном и короткий жизненный цикл позволяют легко манипулировать им, и он содержит множество гомологов важным видам сельскохозяйственных культур. [5] Это было первое секвенированное растение , имеющее богатые биоинформатические ресурсы и его можно трансформировать, просто окунув цветок в раствор трансформированной Agrobacterium . [6]

В исследованиях растения разрабатывают, чтобы помочь обнаружить функции определенных генов. Самый простой способ сделать это - удалить ген и посмотреть, какой фенотип развивается по сравнению с формой дикого типа . Любые различия, возможно, являются результатом отсутствия гена. В отличие от мутагенеза , генная инженерия позволяет целенаправленно удалять, не нарушая работу других генов в организме. [1] Некоторые гены экспрессируются только в определенных тканях, поэтому репортерные гены, такие как GUS , могут быть прикреплены к интересующему гену, что позволяет визуализировать местоположение. [7]Другой способ проверить ген - немного изменить его, а затем вернуть растению и посмотреть, оказывает ли он такое же влияние на фенотип. Другие стратегии включают прикрепление гена к сильному промотору и наблюдение за тем, что происходит, когда он чрезмерно экспрессируется, заставляя ген экспрессироваться в другом месте или на разных стадиях развития . [1]

Орнамент [ править ]

Suntory "голубая" роза
Кенийцы изучают устойчивую к насекомым трансгенную кукурузу Bt

Некоторые генетически модифицированные растения носят чисто декоративный характер . Они модифицированы для более низкого цвета, аромата, формы цветка и архитектуры растений. [8] Первые генетически модифицированные декоративные растения коммерциализировали измененный цвет. [9] Гвоздики были выпущены в 1997 году, а самый популярный генетически модифицированный организм - голубая роза (на самом деле бледно-лиловая) была создана в 2004 году. [10] Розы продаются в Японии, США и Канаде. [11] [12] Другие генетически модифицированные декоративные растения включают хризантемы и петунии . [8]Помимо повышения эстетической ценности, есть планы по созданию декоративных растений, которые потребляют меньше воды или устойчивы к холоду, что позволит выращивать их вне естественной среды обитания. [13]

Сохранение [ править ]

Было предложено генетически модифицировать некоторые виды растений, которым угрожает исчезновение, чтобы они были устойчивыми к инвазивным растениям и болезням, например, изумрудный ясенелист в Северной Америке и грибковое заболевание Ceratocystis platani на европейских платанах . [14] вирус папайи кольцевой пятнистость (ВКППЫ) опустошены папайя дерева в Гавайях в двадцатом веке до трансгенных папай растений не были даны патогеном , полученное сопротивления. [15]Однако генетическая модификация для сохранения растений остается в основном спекулятивной. Единственное беспокойство вызывает то, что трансгенный вид может больше не иметь достаточного сходства с исходным видом, чтобы действительно утверждать, что исходный вид сохраняется. Вместо этого трансгенные виды могут быть достаточно генетически разными, чтобы считаться новым видом, что снижает ценность генетической модификации для сохранения. [14]

Культуры [ править ]

Основная статья: Генетически модифицированные культуры

Генетически модифицированные культуры - это генетически модифицированные растения, которые используются в сельском хозяйстве . Первые предоставленные культуры используются в пищу животным или людям и обеспечивают устойчивость к определенным вредителям, болезням, условиям окружающей среды, порче или химической обработке (например, устойчивость к гербицидам ). Второе поколение сельскохозяйственных культур было направлено на улучшение качества, часто за счет изменения профиля питательных веществ . ГМО третьего поколения можно использовать в непищевых целях, включая производство фармацевтических агентов , биотоплива и других промышленных товаров, а также для биоремедиации . [16]

Развитие сельского хозяйства преследует три основные цели; увеличение производства, улучшение условий для сельскохозяйственных рабочих и устойчивость . ГМ-культуры вносят свой вклад в улучшение урожая за счет снижения нагрузки со стороны насекомых, повышения питательной ценности и устойчивости к различным абиотическим стрессам . Несмотря на этот потенциал, по состоянию на 2018 год коммерческие культуры ограничиваются в основном товарными культурами, такими как хлопок, соя, кукуруза и рапс, и подавляющее большинство интродуцированных признаков обеспечивают либо устойчивость к гербицидам, либо устойчивость к насекомым. [16] На сою приходилась половина всех генетически модифицированных культур, посаженных в 2014 году. [17]Принятие фермерами было быстрым: в период с 1996 по 2013 год общая площадь земель, возделываемых ГМ-культурами, увеличилась в 100 раз, с 17 000 квадратных километров (4 200 000 акров) до 1 750 000 км 2 (432 миллиона акров). [18] Хотя географически распространение было очень неравномерным, с сильным ростом в Северной и Южной Америке и некоторых частях Азии и незначительным в Европе и Африке. [16] Его социально-экономическое распространение было более равномерным: в 2013 г. в развивающихся странах выращивалось примерно 54% ​​ГМ-культур во всем мире [18].

Еда [ править ]

См. Также: Генетически модифицированные продукты питания

Большинство ГМ-культур были модифицированы для обеспечения устойчивости к выбранным гербицидам, обычно на основе глифосата или глюфосината . Генетически модифицированные культуры, созданные для устойчивости к гербицидам, в настоящее время более доступны, чем устойчивые сорта, выведенные традиционным способом; [19] в США 93% соевых бобов и большая часть выращиваемой ГМ кукурузы устойчивы к глифосату. [20] Большинство доступных в настоящее время генов, используемых для создания устойчивости к насекомым, происходят от бактерии Bacillus thuringiensis . Большинство из них находятся в форме генов дельта-эндотоксинов, известных как белки cry, в то время как некоторые используют гены, кодирующие растительные инсектицидные белки . [21]Единственный коммерчески используемый для защиты насекомых ген, который не происходит от B. thuringiensis, - это ингибитор трипсина коровьего гороха (CpTI). CpTI был впервые одобрен для использования с хлопком в 1999 году и в настоящее время проходит испытания с рисом. [22] [23] Менее одного процента ГМ-культур содержали другие признаки, в том числе обеспечение устойчивости к вирусам, задержку старения, изменение цвета цветов и изменение состава растений. [17] Золотой рис - наиболее известная ГМ-культура, которая направлена ​​на повышение питательной ценности. Он был разработан с использованием трех генов, которые биосинтезируют бета-каротин , предшественник витамина А. , в съедобных частях риса. [24] Он предназначен для производства обогащенных продуктов питания, которые будут выращиваться и потребляться в районах с дефицитом витамина А в рационе . [25] дефицит, который, по оценкам, ежегодно убивает 670 000 детей в возрасте до 5 лет [26] и вызывает дополнительно 500 000 случаев необратимой детской слепоты. [27] Изначальный золотой рис производил 1,6 мкг / г каротиноидов , а при дальнейшей разработке этот показатель увеличился в 23 раза. [28] В 2018 году он получил первые разрешения на использование в пищу. [29]

Биофармацевтические препараты [ править ]

Растения и растительные клетки были генетически модифицированы для производства биофармацевтических препаратов в биореакторах. Этот процесс известен как Фарминг . Работа была проделана с ряски Lemna несовершеннолетнего , [30] водоросли reinhardtii Chlamydomonas [31] и мох Physcomitrella patens . [32] [33] Производимые биофармацевтические препараты включают цитокины , гормоны , антитела , ферменты.и вакцины, большая часть которых накапливается в семенах растений. Многие лекарства также содержат натуральные растительные ингредиенты, и пути их производства были генетически изменены или переданы другим видам растений для производства большего объема и более качественных продуктов. [34] Другими вариантами биореакторов являются биополимеры [35] и биотопливо . [36] В отличие от бактерий, растения могут модифицировать белки посттрансляционно , что позволяет им создавать более сложные молекулы. Они также представляют меньший риск заражения. [37] В трансгенных клетках моркови и табака выращивали терапевтические препараты, [38] включая лекарственные препараты для леченияБолезнь Гоше . [39]

Вакцины [ править ]

Производство и хранение вакцин имеет большой потенциал для трансгенных растений. Вакцины дороги в производстве, транспортировке и применении, поэтому наличие системы, которая может производить их на месте, обеспечит больший доступ к более бедным и развивающимся районам. [34] Помимо очистки вакцин, экспрессированных в растениях, можно также производить съедобные вакцины из растений. Съедобные вакцины стимулируют иммунную системупри проглатывании для защиты от некоторых заболеваний. Хранение в растениях снижает долгосрочные затраты, поскольку они могут распространяться без необходимости хранения в холодильнике, не нуждаются в очистке и имеют долгосрочную стабильность. Кроме того, присутствие в клетках растений обеспечивает некоторую защиту от кислот кишечника при пищеварении. Однако стоимость разработки, регулирования и содержания трансгенных растений высока, что приводит к тому, что большинство современных разработок вакцин на основе растений применяется в ветеринарии , где меры контроля не такие строгие. [40]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Уолтер П., Робертс К., Рафф М., Льюис Дж., Джонсон А., Альбертс Б. (2002). «Изучение экспрессии и функции генов». Молекулярная биология клетки (4-е изд.).
  2. ^ Ганапати TR, Suprasanna P, Рао PS, Бапат VA (2004). «Табак (Nicotiana tabacum L.) - модельная система для вмешательства в культуру тканей и генной инженерии». Индийский журнал биотехнологии . 3 : 171–184.
  3. ^ Koszowski В, Goniewicz М.Л., Czogała Дж, Sobczak А (2007). «[Генетически модифицированный табак - шанс или угроза для курильщиков?]» [Генетически модифицированный табак - шанс или угроза для курильщиков?] (PDF) . Пшеглад Лекарски (на польском языке). 64 (10): 908–12. PMID 18409340 . 
  4. ^ Моу В, Скорец R (2011-06-15). Трансгенные садовые культуры: проблемы и возможности . CRC Press. п. 104. ISBN 978-1-4200-9379-7.
  5. ^ Gepstein S, Хорвицы BA (1995). «Влияние исследований арабидопсиса на биотехнологию растений». Достижения биотехнологии . 13 (3): 403–14. DOI : 10.1016 / 0734-9750 (95) 02003-L . PMID 14536094 . 
  6. ↑ Holland CK, Jez JM (октябрь 2018 г.). «Арабидопсис: исходный растительный организм-шасси». Отчеты о растительных клетках . 37 (10): 1359–1366. DOI : 10.1007 / s00299-018-2286-5 . PMID 29663032 . S2CID 4946167 .  
  7. Перейти ↑ Jefferson RA, Kavanagh TA, Bevan MW (декабрь 1987 г.). «Слияния GUS: бета-глюкуронидаза как чувствительный и универсальный маркер слияния генов у высших растений» . Журнал EMBO . 6 (13): 3901–7. DOI : 10.1002 / j.1460-2075.1987.tb02730.x . PMC 553867 . PMID 3327686 .  
  8. ^ a b "Биотехнология декоративных растений - Pocket K" . www.isaaa.org . Проверено 17 декабря 2018 .
  9. Перейти ↑ Chandler SF, Sanchez C (октябрь 2012 г.). «Генетическая модификация; создание трансгенных сортов декоративных растений» . Журнал биотехнологии растений . 10 (8): 891–903. DOI : 10.1111 / j.1467-7652.2012.00693.x . PMID 22537268 . 
  10. ^ Nosowitz D (15 сентября 2011). «Suntory создает мифическую синюю (или, эм, бледно-лиловую) розу» . Популярная наука . Проверено 30 августа 2012 года .
  11. ^ "Suntory продавать синие розы за границу" . The Japan Times . 11 сентября 2011 года Архивировано из оригинала 22 ноября 2012 года . Проверено 30 августа 2012 года .
  12. ^ «Первая в мире« голубая »роза скоро появится в США» . Проводной . 14 сентября 2011 г.
  13. ^ «Зеленая генная инженерия теперь также завоевывает рынок декоративных растений» . www.biooekonomie-bw.de . Проверено 17 декабря 2018 .
  14. ^ а б Адамс Дж. М., Пиовезан Г., Штраус С., Браун С. (2002-08-01). «Дело о генной инженерии местных и ландшафтных деревьев против занесенных вредителей и болезней». Биология сохранения . 16 (4): 874–79. DOI : 10.1046 / j.1523-1739.2002.00523.x .
  15. ^ Трипатхи S, Сузуки - J, Гонсалвес D (2007). « Своевременная разработка генетически модифицированной устойчивой папайи к вирусу кольцевой пятнистости папайи : комплексный и успешный подход». Своевременная разработка генетически модифицированной устойчивой папайи к вирусу кольцевой пятнистости папайи: комплексный и успешный подход . Методы молекулярной биологии. 354 . С. 197–240. DOI : 10.1385 / 1-59259-966-4: 197 . ISBN 978-1-59259-966-0. PMID  17172756 .
  16. ^ a b c Каим, Матин (2016-04-29). "Введение". Генетически модифицированные культуры и сельскохозяйственное развитие . Springer. С. 1–10. ISBN 9781137405722.
  17. ^ a b «Глобальный статус коммерциализированных биотехнологических / ГМ-культур: 2014 - ISAAA Brief 49-2014» . ISAAA.org . Проверено 15 сентября 2016 .
  18. ^ a b Краткое изложение годового отчета ISAAA за 2013 г. , Глобальный статус коммерциализированных биотехнологических / ГМ-культур: сводка ISAAA 46-2013 за 2013 г., дата обращения 6 августа 2014 г.
  19. ^ Darmency H (август 2013). «Плейотропные эффекты генов устойчивости к гербицидам на урожайность сельскохозяйственных культур: обзор». Наука о борьбе с вредителями . 69 (8): 897–904. DOI : 10.1002 / ps.3522 . PMID 23457026 . 
  20. ↑ Green JM (сентябрь 2014 г.). «Современное состояние гербицидов на гербицидостойких культурах». Наука о борьбе с вредителями . 70 (9): 1351–7. DOI : 10.1002 / ps.3727 . PMID 24446395 . 
  21. ^ Флейшер SJ, Hutchison WD, Наранхо SE (2014). «Устойчивое управление культурами, устойчивыми к насекомым». Биотехнология растений . С. 115–127. DOI : 10.1007 / 978-3-319-06892-3_10 . ISBN 978-3-319-06891-6.
  22. ^ "SGK321" . База данных одобрения GM . ISAAA.org . Проверено 27 апреля 2017 .
  23. ↑ Qiu J (октябрь 2008 г.). «Готов ли Китай к ГМ-рису?» . Природа . 455 (7215): 850–2. DOI : 10.1038 / 455850a . PMID 18923484 . 
  24. ^ Е. Х, Аль-Babili S, Klöti А, Чжан Дж, Лукка Р, Р Бейер, Потрикус I (январь 2000 г.). «Разработка пути биосинтеза провитамина А (бета-каротина) в (не содержащий каротиноидов) эндосперм риса». Наука . 287 (5451): 303–5. Bibcode : 2000Sci ... 287..303Y . DOI : 10.1126 / science.287.5451.303 . PMID 10634784 . 
  25. ^ Frist B (21 ноября 2006). « „ Зеленая революция“герой» . Вашингтон Таймс . Одна из существующих культур, генетически модифицированный «золотой рис», который производит витамин А, уже имеет огромные перспективы для снижения слепоты и карликовости, возникающих в результате диеты с дефицитом витамина А.
  26. ^ Блэк Р.Э., Аллен Л.Х., Бхутта З.А., Колфилд Л.Е., де Онис М., Эззати М. и др. (Январь 2008 г.). «Недоедание матери и ребенка: глобальные и региональные воздействия и последствия для здоровья». Ланцет . 371 (9608): 243–60. DOI : 10.1016 / S0140-6736 (07) 61690-0 . PMID 18207566 . S2CID 3910132 .  
  27. ^ Хамфри JH, Запад КП, Sommer A (1992). «Дефицит витамина А и соответствующая смертность среди детей младше 5 лет» . Бюллетень Всемирной организации здравоохранения . 70 (2): 225–32. PMC 2393289 . PMID 1600583 .  
  28. ^ Пэйн Дж. А., Шиптон, Калифорния, Чаггар С., Хауэллс Р. М., Кеннеди М. Дж., Вернон Г. и др. (Апрель 2005 г.). «Повышение питательной ценности золотого риса за счет увеличения содержания провитамина А». Природа Биотехнологии . 23 (4): 482–7. DOI : 10.1038 / nbt1082 . PMID 15793573 . S2CID 632005 .  
  29. ^ «US FDA утверждает, что золотой рис с ГМО безопасен для употребления в пищу» . Проект генетической грамотности . 2018-05-29 . Проверено 30 мая 2018 .
  30. ^ Gasdaska JR, Спенсер D, L Дики (март 2003). «Преимущества получения лечебного протеина из водного растения Lemna » . Журнал биопроцессинга . 2 (2): 49–56. DOI : 10.12665 / J22.Gasdaska .
  31. ^ (10 декабря 2012 г.) « Инженерные водоросли для создания сложного противоракового« дизайнерского »препарата » PhysOrg , последнее обращение 15 апреля 2013 г.
  32. ^ Büttner-И. Ф. Майник А, Парсонс Дж, Жером Н, Хартманн А, Ламеры S, Шааф А, и др. (Апрель 2011 г.). «Производство биологически активного рекомбинантного человеческого фактора H в Physcomitrella». Журнал биотехнологии растений . 9 (3): 373–83. DOI : 10.1111 / j.1467-7652.2010.00552.x . PMID 20723134 . 
  33. ^ Baur A, РЭСКВ R, G Gorr (май 2005). «Повышенное восстановление секретируемого рекомбинантного фактора роста человека с использованием стабилизирующих добавок и совместной экспрессии человеческого сывороточного альбумина в мхе Physcomitrella patens» . Журнал биотехнологии растений . 3 (3): 331–40. DOI : 10.1111 / j.1467-7652.2005.00127.x . PMID 17129315 . 
  34. ^ a b Хаммонд Дж, МакГарви П, Юсибов В (2012-12-06). Биотехнология растений: новые продукты и приложения . Springer Science & Business Media. С.  7–8 . ISBN 9783642602344.
  35. ^ Börnke F, Broer I (июнь 2010). «Настройка метаболизма растений для производства новых полимеров и платформенных химикатов». Текущее мнение в биологии растений . 13 (3): 354–62. DOI : 10.1016 / j.pbi.2010.01.005 . PMID 20171137 . 
  36. ^ Лер F, Posten C (июнь 2009). «Закрытые фотобиореакторы как инструменты для производства биотоплива». Текущее мнение в области биотехнологии . 20 (3): 280–5. DOI : 10.1016 / j.copbio.2009.04.004 . PMID 19501503 . 
  37. ^ "Агробезопасность UNL для преподавателей" . agbiosafety.unl.edu . Проверено 18 декабря 2018 .
  38. ^ Технологическая платформа Protalix Архивировано 27 октября 2012 в Wayback Machine
  39. ^ Гали Вайнреб и Коби Yeshayahou для Глобусы 2 мая 2012 года « FDA одобряет Protalix Гоша лечение Archived 29 мая 2013 в Wayback Machine »
  40. ^ Конча С, Каньяс R, Macuer Дж, Торрес МДж, Эррада А.А., Jamett Ж, Ибаньес С (май 2017 г.). "Профилактика заболеваний: возможность расширить производство пищевых вакцин на растительной основе?" . Вакцины . 5 (2): 14. doi : 10.3390 / Vacines5020014 . PMC 5492011 . PMID 28556800 .