Сторінка
2

Біотехнологія в рослинництві

В селекційній практиці поряд із мікроклональним розмноженням рослин широко використовується метод калусних культур із експлантів різних органів, які є додатковим резервом розмноження селекційного матеріалу. Він дає можливість практично використовувати в селекційному процесі новий тип мінливості — сомаклональну. Калусні культури багатьох сільськогосподарських рослин характеризуються великою нестабільністю. Генетична варіабельність соматичних клітин є однією з причин неоднорідності рослин, отриманих із калусних тканин. Калусогенез — це перший етап на шляху отримання сомаклональних варіантів, що потребує перепрограмування шляхів розвитку клітини. Клітина, переведена в умови культивування in vitro, зберігає свою основну генетичну інформацію про цілий організм і при наявності відповідних умов може реалізувати її. Проте фізичні та хімічні фактори культивування, що мають мутагенну дію, а також генетична гетерогенність соматичних клітин експланту створюють передумови для виникнення генетично змінених рослин. Метод отримання сомаклональної мінливості дає змогу індукувати не лише мінливість геному, але й плазмону. В основі феномену сомаклональної мінливості лежать складні процеси структурної і функціональної перебудови генетичного апарату клітин. Використовуючи його, вже отримано форми багатьох сільськогосподарських культур з цінними ознаками.

Однією із основних проблем в селекційно-генетичних дослідженнях перехреснозапильних рослин є використання гетерозису. Основним і найефективнішим методом отримання стабільних ліній є експериментальна гаплоїдія. Виключаючи багаторазове самозапилення рослин, вона дає можливість отримувати гомозиготний матеріал із збагачених у генетичному відношенні гібридів. Для отримання гаплоїдних рослин використовують культуру пиляків, зав’язі й насіннєвих зачатків. Індукція гаплоїдів залежить від генетичних властивостей рослин-донорів, фази розвитку насінників, місця розташування квітконосів на рослині та ряду інших факторів. Збільшення кількості гаплоїдів спостерігається при вилученні незапліднених насіннєвих зачатків із розкритих квіток, а також при запиленні опроміненим пилком донорських рослин. Гаплоїди виявлені у багатьох сільськогосподарських культур. Спосіб отримання їх у культурі in vitro дає можливість використовувати явище гаплоїдії не тільки в генетичних дослідженнях, але і в практичній селекції.

Гетерогенність клітинної популяції суспензійних культур дає змогу отримати значну варіабельність ознак у рослин-регенерантів і відкриває широкі можливості для генетичних і селекційних досліджень. Хімічні компоненти поживного середовища та фізичні умови можуть виступати і як мутагенні, екстремальні фактори, які викликають зміни в нуклеїновому та білковому обмінах, структурі, формі й функціях клітини. В такому випадку клітинна популяція в умовах культури in vitro характеризується фізіологічною, цитологічною та генетичною гетерогенністю. З’являються мутанти зі зміненим морфогенезом, які можна взяти за основу в селекційно-генетичних дослідженнях. При клітинній селекції відбір клітинних ліній і рослин з новими успадкованими ознаками ведеться на рівні клітин, що культивуються in vitro. Прийоми культивування рослинних клітин і регенерація з них рослин розроблені для ряду важливих сільськогосподарських культур. До них відносяться мутанти стійкості до стресових факторів, гербіцидів, різних захворювань, засолення та закислення субстрату тощо.

У зв’язку з тим, що можливості удосконалення рослин за допомогою рекомбінації практично невичерпні, головним завданням є пошук методів управління цим процесом та ефективного відбору найбільш цінних генотипів з бажаним комплексом ознак і властивостей. Це стало можливим завдяки розробці методів генної інженерії — культури протопластів і соматичної гібридизації, введення генетичного матеріалу в рослинні клітини та протопласти за допомогою трансформованої ДНК. Першим етапом у цьому напрямку досліджень є розробка методу отримання і культивування життєздатних протопластів. При цьому враховується ряд факторів — склад і концентрація ферментів, вибір осмотичного розчину, рН середовища, фізіологічний стан тканини, умови передінкубаційного культивування. Виділені протопласти в подальшому використовують для отримання соматичних гібридів та соматичних цибридів, пересадки органел, введення чужорідної інформації.

Злиття протопластів та соматична гібридизація дають можливість: схрещувати філогенетично віддалені види рослин, які неможливо схрестити звичайним статевим шляхом; отримувати асиметричні гібриди, які несуть весь генний набір одного із батьків поряд з кількома хромосомами, генами чи лише органелами і цитоплазмою другого; створити систему гібридизації, яка включає одночасно злиття трьох і більше батьківських клітин; отримувати рослини, гетерозиготні за неядерними генам; долати обмеження, які накладаються генеративними системами несумісності; схрещувати форми, які неможливо гібридизувати статевим шляхом через аномалії в морфогенезі чи гаметогенезі батьків; гібридизувати клітини, що несуть різні епігенетичні програми. Використовуючи метод соматичної гібридизації ізольованих протопластів, селекціонери отримують гібриди від фізіологічно несумісних видів сільськогосподарських культур.

Провідними факторами, які підвищують продуктивність сільського господарства, є удосконалення способів вирощування рослин, створення більш продуктивних сортів, покращення умов живлення рослин та захист врожаю. В доповнення до селекції більш урожайних і стійких сортів вагомий внесок у підвищення врожаю і його збереженість вносять добрива і засоби захисту рослин.

Генетична інженерія відкриває перед селекцією рослин нові перспективи, зокрема можливість перенесення в них генів від бактерій, грибів, екзотичних рослин і навіть людини та тварини, в тому числі й генів стійкості, що є недосяжним для експериментального мутагенезу та традиційної селекції. Революційним звершенням у генетичній трансформації рослин стало виявлення природного вектору — агробактерій для переносу генів та розробка методу мікробомбардування рослинних об’єктів мікрочастинками металів з попередньо нанесеною чужерідною ДНК. Три видатні досягнення фізіології рослин створили основу для інтеграції технології рекомбінантних ДНК в генно-інженерну біотехнологію рослин. По-перше, відкриття фітогормонів, які регулюють ріст і розвиток рослин. По-друге, розробка методів культивування клітин і тканин рослин in vitro (ці методи дали можливість вирощувати клітини, тканини і цілі рослини в стерильних умовах та проводити їх селекцію на селективних середовищах). По-третє, встановлення феномену тотипотентності соматичних рослинних клітин, який відкрив шлях до регенерації з них цілих рослин.