Hogyan ismerjük a növényeket a hidegre
A géntechnológia módszerei lehetővé teszik, hogy több fagyálló növényt kapjunk
Oroszország krónikusan szerencsétlen, nemcsak uralkodók és utak, hanem az éghajlat miatt is. A hideg az ország egyik legfontosabb problémája, amelynek hatalmas havi tele hat hónapig vagy tovább. Míg a növények növekedéséhez, és ennek megfelelően a jó terméshez, mindenekelőtt a nap, a hő és a nedvesség szükséges. Ha hideg van, a növények sokat szenvednek, és néha meghalnak, ami azt eredményezi, hogy az állatoknak és az embereknek nincs mit enniük.
Ön is érdekelt
Milyen folyamatok zajlanak le a sejtekben és az egész növényben a hőmérséklet csökkenésével és mi szükséges ahhoz, hogy ne haljon meg?
Először meg kell akadályoznunk jég képződését. Másodszor, biztosítanunk kell a transzkripció és a fordítás, azaz az élet folyamatát. Szükséges frissíteni a fehérjéket, felépíteni a biomasszát, bár nem olyan gyors, mint a normál hőmérsékleten, de mindazonáltal a megújítási folyamatoknak folyamatosan kell lenniük. Harmadszor, meg kell védeni a sejtmembránokat, mert ha a membránok megsérülnek, akkor a sejt teljes tartalma követ és élete leáll.
Számos alapvető módja van a sejtek túlélésének megemelésére a hőmérséklet csökkenésével: 1) a fehérje feldolgozhatóságának fenntartása molekuláris asszisztensek segítségével - chaperonok; 2) a jégképződés megelőzése a sejtekben az ozmolitok szintézisén keresztül: szacharóz, glicerin, prolin, betain; 3) a membránok fagyasztásának megakadályozása a viszkozitás csökkentésével.
A membránokon részletesebben megállok. Ahogy a hőmérséklet csökken, a membránok viszkozitása nő a sejtek fizikai tömörülése miatt. Mi magunk nyomunk, amikor a hőmérséklet csökken - és a sejtek ugyanazt csinálják. Amikor a tél jön, a madarak repülhetnek a hideg helyről a meleg helyekre, az állatok prémessé válhatnak, bundába rakhatják, növelik a zsírt; végül lehetőségük van arra, hogy vándoroljanak a melegebb helyekre. És a növények nem tudnak semmit csinálni - hol ültettek, ahol nőnek. Ezért, bármi történik a környezetben, rendelkezniük kell olyan mechanizmusokkal, amelyek ellensúlyozzák a kedvezőtlen feltételeket, különben egyszerűen nem képesek túlélni.
A sejtmembrán lipid mátrixból és a mátrixban található fehérjékből áll. Milyen lipidek? Ezek kémiai vegyületek, amelyek egy tribázisos alkohol-glicerinből és hosszú láncokból álló zsírsavakból állnak. A lipidek alkotó membránok kapcsolódnak glicerinné két zsírsav, amelyek alkotják a hidrofób (víztaszító) membrán fázis, és egy töltéssel rendelkező vagy semleges molekula. A membrán kettős réteg, alkotnak, illetve egy hidrofób és egy hidrofil fázis, amelyek közül az egyik úgy néz ki, a sejtbe, és a másik - a külső, a környezetbe.
Ha a membránokban található zsírsavak közvetlen szerkezettel rendelkeznek, akkor a hőmérséklet csökkenésével úgy tűnik, hogy összeállnak, és úgynevezett "zsírsavakat" képeznek. fázisátmenet - a normál folyadékfázisból a membrán a gél viszkózus fázisába kerül. Ugyanakkor a membránban lévő, ilyen "krimpeléssel" rendelkező fehérjék már nem képesek működni és ellátni funkcióikat. Az üzem feladata az ilyen helyzet megakadályozása.
Erre a célra van egy biokémiai mechanizmus, amely lehetővé teszi a közvetlen oszlopokat a telített zsírsavak, a lipid készítmény, hogy hajlított rudat, amely eltérnek szögben, és nem hagyjuk, hogy ragaszkodni membrán. A feladat itt az, hogy visszaállítja a normális áramlás (vagy, másrészt - a viszkozitása) a membrán szimulálásával a fizikai állapotot, amelyben a membrán egy normális környezeti hőmérsékleten. Ilyen lipid mátrixban a fehérjék normálisan alacsony hőmérsékleten működhetnek.
A membrán fizikai állapotának a táptalaj hőmérsékletére történő adaptálását speciális fehérjék - zsírsav-deszaturázok végzik. A deszaturátok kettős kötést alkotnak a zsírsavlánc szigorúan meghatározott helyzetében, különböző enzimekkel, amelyek felelősek a különböző pozíciók kötésének kialakulásáért. Amikor a hőmérséklet csökken, azok indukálódnak, kettős kötést alkotnak, és így a membrán viszkozitása csökken, és "lefolyik".
Ennek kísérletezéséhez a cianobaktérium sejtek modellrendszerét használtuk. Mi a jó? A cianobaktériumok mutáltatni képes a választott gyakorlatilag bármilyen gén, kivéve, ha a hiánya egy fehérje termék nem okoz sejthalált. Ha mutációk bizonyos gének deszaturázok zsírsavak (például, képződéséért felelős két és három kettős kötést), a test nem lesz képes, hogy kialakítjuk a megfelelő kettős kötést, majd alacsony hőmérsékleten, az ilyen mutáns sejtek nem képesek modulálni a viszkozitás membránok meghal.
Vannak azonban más élőlények, például a hőség-szeretet, amelyek forró forrásokban nőnek és főszabály szerint soha nem érzik magukat hidegnek. Normálisak (feleslegesek) többszörösen telítetlen zsírsavak, amelyek több kettős kötést nem képeznek. De alacsony hőmérsékleten nem tudnak növekedni. Egy ilyen modellszervezetet hozhatunk létre és átalakíthatjuk egy deszaturáz genomjával, amely egy további kettős kötést képez egy másik szervezetből. Azaz, hogy transzgént kapjunk nagyobb folyadékmembránokkal. Ha ezek a sejtek alacsony hőmérsékletnek vannak kitéve, a kontrollsejtek elpusztulnak, és a transzformánsok túlélik. Ez azt sugallja, hogy a lipidek telítetlen zsírsavak mennyisége szabályozza a membrán érzékenységét alacsony hőmérsékleten. Minél több kettős kötés, annál több membrán és sejt rezisztens az alacsony hőmérsékleten.
Ennek eredményeképpen a transzgenikus dohányt kaptuk, amely ellenállt az alacsony hőmérséklet káros hatásának.
Biztos vagyok benne, sok kertészek szembe egy ilyen probléma: a tavasz, amikor az első hajtások jelennek meg, hirtelen megüt a hideg a fényes nap, és szinte az összes palánta meghalni. Ezt a jelenséget alacsony hőmérsékletű fotoinhibíciónak nevezik, amikor a növények alacsony hőmérsékleten erős fényt kapnak. Ilyen körülmények között a fotoszintetikus készülék nem képes nagy teljesítményű elektronáramlásra, mivel a membránok megnövekedett viszkozitása miatt a hőmérséklet csökken. Önmagában az erős fény (normál hőmérsékleten), vagy a saját alacsony hőmérsékleten (hiányában erős fény) nem lenne olyan szörnyű, de az együttes hatása e két tényező a stressz általában vezet szörnyű következményekkel jár a növény. Ha azonban a membránok folyékonyságát egy további deszaturázgénnel történő transzformációval megnöveli, akkor az ilyen növények ellenállnak az alacsony hőmérsékleteknek és az erős fénynek.
A legutóbbi, a burgonyára vonatkozó kísérleteink ugyanúgy megerősítették, hogy a további telítetlen zsírsavak a növények nagyobb hidegellenállásához vezetnek. Vannak más mechanizmusok is, amellyel a növények a hidegellenállás tulajdonságait adhatják. Például lehetséges az izotópok, például a glicin-betain szintézisének mesterséges növelése. Ez a stratégia sok transzgenikus, stressz-ellenálló vonalat eredményezett paradicsom, cseresznye, rizs, gyapot, kukorica stb. Sőt, ideális esetben jó lenne eredményez növényi transzformációs egyetlen gén megváltozott nem egy jel, és ezek kombinációja, és a növény válna nem csak ellenáll a hideg, hanem valami más kedvezőtlen környezeti feltételek. Ez nagyon fontos a mezőgazdaság számára.
Egészen a közelmúltig, hazánkban lehetetlen volt átültetni a transzgéneket a mezőkön, de most, ami szerint már valami már elvégezhető a mezőkön. Nem hívok senkit, hogy a transzgéneket átültesse. Másrészt - miért kap stabil transzgéneket, ha nem használhatók fel? Kísérleti munkánk során a laboratóriumban mutánsok és transzgének előállítását végezzük. Anélkül irányított mutációk és transzgenezisnek lehetetlen azonosítani a funkció egyes gének vagy szabályozási fejlemények, lehetetlen megérteni a működési elvei az alkatrészek az élő rendszerek, mint például a fent leírt desaturation rendszer, melynek célja a kiigazítás a biológiai membránok a változó hőmérsékletek.
Ami a gyakorlatot illeti, a lényeg az, hogy az élelmiszer nem elegendő az emberiség számára. Ezért jobb, ha most gondolkodnánk a termés növelésén, hogyan lehet a fajtákat ellenállni a kedvezőtlen körülményeknek. A természet az evolúció és a szelekció során évezredeken keresztül végzi ezt. Annyi ideje van, sajnos, nincs. Ezért erőfeszítéseket kell tenni annak érdekében, hogy alapvető ismereteket szerezzünk a különböző biológiai rendszerek működésének és szabályozásának elveiről. Ez a tudás hasznos lehet, beleértve a meghatározott tulajdonságokkal rendelkező növények megszerzését géntechnikai módszerekkel. Ebben az esetben természetesen ne felejtsük el a biológiai biztonság problémáit.
