Січень 11, 2019

Генна і клітинна інженерія рослин: проектування властивостей на молекулярному рівні

Вирощування сільськогосподарських культур вимагає значного вкладення коштів. Чи варто сільгоспвиробникам витрачатися ще й на лабораторні дослідження? Яку вигоду отримають аграрії після звернення в лабораторію молекулярної генетики? Фахівці лабораторії визначать сорти з найціннішими властивостями, з високою стійкістю до хвороб, до впливу несприятливих кліматичних умов, які принесуть підвищення врожайності і, як наслідок, – збільшення прибутків аграріям.

У своїй роботі співробітники лабораторії молекулярної генетики використовують сучасні методи дослідження, включаючи клонування послідовностей ДНК, електрофорез ДНК, РНК, білків та ін. Використання полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) дає змогу виявити або ідентифікувати трансгени, міжсортові відмінності та інше на родовому, видовому або субвидовому рівні. Для визначення сортової чистоти насіння і генотипування застосовується система множинних молекулярних маркерів. Висока кваліфікація співробітників дає змогу вибрати необхідний метод дослідження, який вирішить усі проблеми клієнта.

Послуги з генної та клітинної інженерії рослин пропонують партнери ОТАВИ – провідні українські наукові та комерційні лабораторії, які компанія залучає для виконання складних багатопрофільних проектів.

Перелік послуг з генної та клітинної інженерії рослин

1. Тест на сортову приналежність і чистоту насіння

Сортова чистота насіння погіршується під впливом різних факторів: мутацій і генетичних варіацій, через вплив шкідників та хвороб, природного перехресного запилення різних сортів у період вирощування, змішування зерен під час збирання та обмолоту, внаслідок недотримання технології насінництва та ін. Порушення чистоти сорту можна уникнути при періодичному огляді насіннєвого матеріалу.

Щоб вибракувати насіння зі спадковими змінами або те, що не належать до певного сорту, відібрати хороший посівний матеріал, необхідно провести тест на сортову приналежність і чистоту насіння. Лабораторні дослідження проводяться з використанням мікроскопічних методів та інших способів оцінки.

2. Тест на генетично-гібридну чистоту насіння кукурудзи, соняшника та інших зернових культур

Гібридне насіння в порівнянні із сортами відкритого запилювання має низку переваг. Гібрид – це результат схрещування відразу кількох сортів для поліпшення їхніх характеристик. Селекціонери спрямовують свої зусилля для отримання гібридів із заданими характеристиками: підвищеною врожайністю, скоростиглістю, високою транспортабельністю, стійкістю до шкідників та ін.

Приклад із гібридною кукурудзою. Серед споживачів з’явився стійкий попит на кукурудзяні пластівці й вчені Інституту зернових культур НАН України відразу ж розробили і зареєстрували два нових гібриди кукурудзи, що мають оптимальні характеристики для виробництва пластівців.

Фахівці лабораторії молекулярної генетики визначають приналежність насіння зернових культур до певної гібридної групи, що дає змогу правильно класифікувати рослини і використовувати їх з максимальною вигодою.

3. Визначення генетично модифікованих організмів (ГМО), трансгенів

Генномодифіковані рослини вирощують із трансгенного насіння. Отримують їх у наукових лабораторіях за допомогою модифікацій: у ДНК насіння вводять чужорідний ген рослинного або тваринного походження. Як приклад – для відлякування комах-шкідників у ДНК картоплі був впроваджений ген скорпіона.

Завдяки зусиллям фахівців розроблено генетично модифіковані рослини, які мають підвищену врожайність, високу стійкість до агресивного впливу навколишнього середовища. Такі рослини менше схильні до стресів, незначно пошкоджуються шкідниками. Поки медики сперечаються про користь і шкоду ГМО-продуктів, ринок уже насичений трансгенними культурами.

Співробітники лабораторії методом полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) проведуть якісне і кількісне визначення наявності різних видів генномодифікованих організмів у посівному матеріалі. Для аграріїв це можливість зробити свідомий вибір. Використання ГМО в органічному землеробстві неприпустиме.

4. Типовість насіння або рослин у відповідності до регіону 

Оцінюється потенційна продуктивність та екологічна стійкість насіння. У розрахунок беруться агрокліматичні (типи ґрунтів, температура, кількість атмосферних опадів та ін.) й агроекологічні (вплив біологічних особливостей рослин залежно від обраного сорту) умови. Після дослідження зразків співробітники лабораторії, беручи до уваги екорегіон та генотип, підтвердять, що насіння і рослини пристосовані для вирощування у тій чи іншій місцевості. І аграрії одержать повноцінний урожай.

5. Гетерогенність (різноманітність) партій насіння 

Гетерогенність насіння характеризується такими ознаками: розмір, форма, забарвлення. Різноякісність зерна одного сорту визначається за лінійними розмірами – товщиною, шириною і довжиною. Різні морфологічні властивості впливають на якість насіння та проявляються під час проростання та вегетації.

Для отримання високого врожаю з усього посівного матеріалу необхідно зробити тест на гетерогенність (різноманітність) партій насіння.

6. ДНК-паспортизація (складання, підтвердження, ідентифікація, контроль)

Сорти рослин, які вже вирощуються або тільки створені в результаті селекції, мають унікальні комбінації алелей генів, що забезпечують збереження цінних технологічних ознак. Особливості набору алелей генів і є «генетичний паспорт» сорту. ДНК-паспорт видається на основі сучасних молекуло-генетичних, біохімічних і біотехнологічних методів аналізу. Цей документ використовується для ідентифікації та реєстрації нових генотипів рослин у Державному реєстрі сортів рослин, придатних для поширення в Україні.

Звертайтесь до спеціалізованої лабораторії. Сучасне обладнання та висока кваліфікація співробітників дають змогу проводити точні аналізи. За результатами досліджень видається офіційний документ, який відповідає вимогам Держреєстру.

7. Визначення генів ознак, пов’язаних зі стійкістю, якістю (глютеніни, гліадини, ваксі, транслокації, твердозерність і білозерність та ін.)

Сортів, ідеальних за всіма параметрами, не існує. Тому селекціонерами створюються нові комбінації генів, щоб рослини відповідали певним вимогам. Фахівці рідко ведуть відбір тільки за однією ознакою, найчастіше використовують відбір на врожайність, який являє собою цілий комплекс ознак. 

За останні 20 років написано багато наукових праць із молекулярної генетики та розвитку рослин. Одна з них – книга югославського вченого С. Бороєвича. Науковець зазначає, що відбір тільки за однією ознакою приводить до негативних наслідків. Дослідники зосередилися на отриманні сортів кукурудзи з високим вмістом олії. Як наслідок, за високої олійності утворюються короткі качани з маленькими зернами, за низькій олійності – довгі качани з великим, але пухким зерном. Урожайність отриманого сорту була наполовину нижча, ніж у батьківської популяції. Цей приклад яскраво характеризує залежність між ознаками. Тому селекція сільськогосподарських культур ведеться відразу за кількома ознаками (стійкістю, якістю), що сприяє в остаточному результаті високій врожайності.

Фахівці-генетики виконують дослідження, що дають змогу встановити ознаки генів, взаємопов’язаних зі стійкістю та якістю рослин.

Гени стійкості забезпечують несприйнятливість рослин до впливу патогенів (шкідників чи хвороб). У сортів рослин різні генетичні структури, які неоднаково реагують на інфекційне зараження. Визначення гена стійкості допоможе спрогнозувати ступінь зараження рослини і спланувати інші захисні заходи: хімічна обробка посівів, регулювання прийомів агротехніки тощо.

 Серед якісних показників генів виділяють:

  • Білки. Гліадини і глютеніни є складниками клейковини та найважливішим джерелом азоту для зародка зерна, який розвивається. Гени гліадину й глютеніну використовуються під час досліджень як маркери якості зерна.
  • Типи пшениці поділяються залежно від періоду обробки (яра, озима), ботанічного виду (м’яка, тверда), кольору зерна (червонозерні, білозерні).
  • Хромосомної транслокації. 

8. Молекулярно-генетичні системи для аналізу фенотипових характеристик рослин, тварин, мікроорганізмів

У широкому сенсі генотип – це спадковий набір генів одного організму. Генотип разом із факторами зовнішнього середовища визначає фенотип організму. На ріст і розвиток рослин впливає набір генів, природне середовище та взаємодія між середовищем і генетичним складом.

Вивчення молекулярно-генетичних систем для аналізу фенотипових характеристик рослин, тварин, мікроорганізмів необхідно, щоб прийняти правильне рішення із селекції та розведення, врахувати середовище вирощування і генотип організму.

9. Консультації та підготовка фахівців у галузі молекулярної діагностики

Науковці надають консультаційні послуги, пов’язані з питаннями молекулярно-генетичного аналізу й діагностики різних організмів. Для фахівців, що мають початкові знання в молекулярній біології, проводяться заняття з підвищення кваліфікації та освоєння нових методів молекулярно-генетичних досліджень.