Генная и клеточная инженерия растений: проектирование свойств на молекулярном уровне

Выращивание сельхозкультур требует значительного вложения средств. Стоит ли сельхозпроизводителям тратиться еще и на лабораторные исследования? Какую выгоду получат аграрии после обращения в лабораторию молекулярной генетики? Специалисты лаборатории определят сорта с ценными свойствами, с увеличенной устойчивостью к болезням и к воздействию неблагоприятных климатических условий и в результате повышения урожайности культур сельхозпроизводители получат большую прибыль.

В своей работе сотрудники лаборатории используют современные методы исследования, включая клонирование последовательностей ДНК, электрофорез ДНК, РНК, белков и пр. Использование полимеразной цепной реакции (ПЦР) позволяет обнаружить или идентифицировать трансген, межсортовое различие (и пр.) на родовом, видовом или субвидовом уровне. Для определения сортовой чистоты семян и генотипирования применяется система множественных молекулярных маркеров. Высокая квалификация сотрудников позволяет выбрать необходимый метод исследования, позволяющий решить проблемы клиента.

Услуги по генной и клеточной инженерии растений предлагают партнеры ОТАВЫ – ведущие украинские научные и коммерческие лаборатории, которые компания привлекает для выполнения сложных многопрофильных проектов.

Перечень услуг по генной и клеточной инженерии растений

1. Тест на сортовую принадлежность и чистоту семян

Сортовая чистота семян ухудшается под влиянием различных факторов: мутаций и генетических вариаций, из-за влияния вредителей и болезней, естественного перекрестного опыления различных сортов в период выращивания, смешивания зерен во время уборки и обмолота, вследствие несоблюдения технологии семеноводства и пр. Нарушение чистоты сорта можно избежать при периодическом осмотре семенного материала.

Чтобы отбраковать семена с наследственными изменениями или не принадлежащие к данному сорту, отобрать хороший посевной материал необходимо провести тест на сортовую принадлежность и чистоту семян. Лабораторные исследования производятся с высокой точностью на основании микроскопических методов и других способов оценки.

2. Тест на генетически гибридную чистоту семян кукурузы, подсолнечника и других зерновых культур

Гибридные семена по сравнению с открытыми опыляемыми сортами имеют ряд преимуществ. Гибрид – это результат скрещивания сразу нескольких сортов для улучшения их характеристик. Селекционеры направляют свои усилия для получения гибридов с заданными характеристиками: повышенной урожайностью, скороспелостью, высокой транспортабельностью, устойчивостью к вредителям и пр.

Пример с гибридной кукурузой. Среди потребителей появился устойчивый спрос на кукурузные хлопья и ученые института зерновых культур НАН Украины сразу же разработали и зарегистрировали два новых гибрида кукурузы, имеющих оптимальные характеристики для производства хлопьев.

Специалисты лаборатории определяют принадлежность семян зерновых культур к определенной гибридной группе, что позволяет правильно классифицировать растения и использовать с наибольшей выгодой.  

3. Определение генетически модифицированных организмов (ГМО), трансгенов

Генно-модифицированные растения выращивают из трансгенных семян. Получают их в научных лабораториях с помощью модификаций: в ДНК семян внедряют чужеродный ген растительного или животного происхождения. Пример – для отпугивания насекомых-вредителей в ДНК картофеля был помещен ген скорпиона.

Благодаря усилиям специалистов, разработаны генетически модифицированные растения, обладающие повышенной урожайностью, имеющие высокую устойчивость к агрессивныму воздействию окружающей среды, такие растения меньше подвержены стрессам, незначительно повреждаются вредителями. Пока медики спорят о пользе и вреде ГМО-продуктов, рынок уже насыщен трансгеннымы культурами.

Сотрудники лаборатории методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) проведут качественное и количественное определение наличия различных видов генно-модифицированных организмов в посевном материале. У аграриев появится возможность сделать сознательный выбор. Использование ГМО в органическом земледелии недопустимо.

4. Типичность семян или растений во взаимосвязи с регионом произрастания

Оценивается потенциальная продуктивность и экологическая устойчивость семян. В расчет берутся агроклиматические (типы почв, температура, количество атмосферных осадков и пр.) и агроэкологические (влияние биологических особенностей растений в зависимости от выбранного сорта) условия. После проведения исследований сотрудники лаборатории, опираясь на экорегион и генотип, подтвердят, что семена и растения приспособлены для выращивания в данной местности и дадут полноценный урожай.  

5. Гетерогенность (разнообразие) партий семян

Гетерогенность семян характеризуется такими признаками как размер, форма, окраска. Разнокачественность зерна одного сорта определяется по линейным размерам – толщине, ширине и длине. Различные морфологические свойства оказывают влияние на качество семян и проявляются при прорастании и вегетации.

Для получения высокого урожая со всего посевного материала необходимо сделать тест на гетерогенность (разнообразие) партий семян.

6. ДНК-паспортизация (составление, подтверждение, идентификация, контроль)

Сорта растений, произрастающие и созданные в результате селекции, сочетают уникальные комбинации аллелей генов, обеспечивающие сохранность ценных технологических признаков. Особенности набора аллелей генов и представляют собой «генетический паспорт» сорта.

ДНК-паспорт выдается на основе современных молекуло-генетических, биохимических и биотехнологических методов анализа. Данный документ используется для идентификации и регистрации новых генотипов растений в «Державному реєстрі сортів рослин, придатних для поширення в Україні».

Обращайтесь в специализированную лабораторию. Современное оборудование и высокая квалификация сотрудников позволяют провести точные анализы. По результатам исследований выдается официальный документ, соответствующий требованиям Госреестра.

7. Определение генов признаков связанных с устойчивостью, качеством (глютенинов, глиадин, вакси, транслокации, твердозерность и белозерность и др.) 

Сортов, идеальных по всем параметрам, не существует. Поэтому селекционерами создаются новые комбинации генов, чтобы растения удовлетворяли определенным требованиям. Специалисты редко ведут отбор только по одному признаку, чаще всего включают отбор на урожайность, который представляет собой целый комплекс признаков.

За последние 20 лет написано много научной литературы по молекулярной генетике и развитию растений. Одна из них книга югославского ученого С. Бороевича. Наводим пример из учебника, когда отбор только по одному признаку привел к отрицательным результатам. Исследователи сосредоточились на получении сортов кукурузы с высоким содержанием масла. В результате при высокой масличности получились короткие початки с маленькими зернами, при низкой масличности – длинные початки с крупным, но рыхлым зерном. Урожайность полученного сорта была наполовину ниже, чем в родительской популяции. Этот ярко характеризует зависимость между признаками. Поэтому селекция сельскохозяйственных культур ведется сразу по нескольким признакам, приводящих в конечном результате к высокой урожайности.

Специалисты-генетики выполнят исследования, позволяющие установить признаки генов, взаимосвязанных со стойкостью и качеством растений.

Гены устойчивости обеспечивают стойкость растений к влиянию патогенов (вредителей или заболеваний). Сорта растений обладают различными генетическими структурами, которые по-разному реагируют на инфекционное заражение. Определение гена устойчивости поможет спрогнозировать степень заражения растения и спланировать другие защитные меры, такие как химическая защита посевов, регулирование приемов агротехники и пр.

Среди качественных показателей выделяют:

• Белки. Глиадин и глютенин являются составной частью клейковины и важнейшим источником азота для зародыша зерна, который развивается. Гены глиадина и глютенина используются при исследовании как маркеры качественных показателей зерна.
• Типы пшеницы подразделяются в зависимости от: периода возделывания (яровая, озимая), ботанического вида (мягкая, твердая), цвета зерна (краснозерная, белозерная).
• Хромосомные транслокации.

8. Молекулярно-генетические системы для анализа фенотипических характеристик растений, животных, микроорганизмов

В широком смысле генотип – это наследственный набор генов одного организма. Генотип вместе с факторами внешней среды определяет фенотип организма. На рост и развитие растений влияет набор генов, среда обитания и взаимодействие между средой и генетическим составом.

Изучение молекулярно-генетических систем для анализа фенотипических характеристик растений, животных, микроорганизмов необходимо, чтобы принять правильное решение по селекции и разведению, учесть среду обитания, территорию возделывания и генотип организма.  

9. Консультации и подготовка специалистов в области молекулярной диагностики 

Ученые предоставляют консультационные услуги, связанные с вопросами молекулярно-генетического анализа и диагностики различных организмов. Для специалистов, имеющих начальные знания в молекулярной биологии, проводятся занятия по повышению квалификации и освоению новейших методов молекулярно-генетических исследований.