методи біотехнології

У дослідженнях Інституту біохімічної фізики ім. Н.М.Емануеля РАН під дією етиленіміну були отримані на м'якої озимої пшениці деякі селекційно-цінні ознаки, не характерні для цієї культури. У роботах Інституту при оптимальному поєднанні мутагена, його доз і вихідного сорти озимої м'якої пшениці, було виділено значну кількість мутантів, стійких до листової іржі - до 12% по відношенню до всіх виділених мутантів. В результаті виникнення множинних мутацій виявлені форми, що поєднують в одному мутант стійкість до двох і кільком фітопатогенів на тлі інших цінних мутантних ознак: високих адаптивних властивостей, високої врожайності, високих хлібопекарських якостей, стійкості до вилягання. Особливу цінність представляють мутанти, що володіють комплексною стійкістю до трьох-п'яти фітопатогенів, що включає крім стійкості до облігатним фітопатогенів стійкість до сапрофитам (расонеспеціфіческая стійкість). Дані мутанти представляють інтерес не тільки як джерела будь-яких ознак. Вони служать також безпосереднім вихідним матеріалом при створенні нових сортів. У ряді випадків цей матеріал не потребує селекційної доопрацюванні і є готовим сортом, які вимагають тільки розмноження.

Застосування хімічного мутагенезу для створення донорів нових і рідкісних ознак у озимої м'якої пшениці, а також для безпосереднього використання мутантів з комплексами цінних ознак у вигляді господарсько-цінного вихідного матеріалу при створенні нових сортів без суттєвого доопрацювання цього матеріалу скорочує селекційний процес на 3-4 роки.

Генетична трансформація - ще одна можливість введення нових генів в геном культурних форм, яка доповнює традиційні методи селекції.

Віддалена гібридизація культурних злаків з дикорослими родичами має на меті перенесення одиничних генів чи невеликих фрагментів хромосом від дикорослих в геном культурних видів. Але для цього необхідно подолати бар'єр несумісності - відсутність кон'югації хромосом в мейозі. У пшениці в хромосомі 5В були виявлені гени, що впливають на кон'югацію хромосом, і, таким чином, виявлена ​​можливість певною мірою управляти цим процесом. Видаляючи або нейтралізуючи в гібридному ядрі ген, що інгібує кон'югацію хромосом, викликають їх спаровування і кросинговер. Таким шляхом в Інституті селекції рослин (Кембридж, Великобританія) було перенесено з геному егілопс (A. comosum) в геном пшениці ген, що визначає стійкість до іржі і створено стійкий високоприбутковий сорт Compair.

Зернові культури є важким об'єктом для генної інженерії. Це обумовлено, перш за все, відсутністю векторних систем для введення генів у геном клітин злаків. Найбільш ефективна векторна система на основі плазмід Agrobacterium tumefaciens малопридатна для злаків.

Розробляються методи прямого перенесення генів у клітини рослин. До методів прямого перенесення чужорідної ДНК в протопласти рослин і відноситься електропарація: короткочасні електричні розряди (1-100 мкс при напруженості поля 1000-10000 В / см2) збільшують проникність мембран протопластів, куди і проникає знаходиться в розчині ДНК. У MCXA розробляється метод запровадження чужорідної ДНК з використанням електрофорезу в агарових гелі. Показана можливість застосування даного методу для трансформації каллусов пшениці з подальшою регенерацією з них трансгенних рослин.

Також робляться спроби використовувати природний метод перенесення - пилок для передачі пшениці чужорідної ДНК. При цьому пилок або інкубують в розчині, що містить екзогенний генетичний матеріал, або завдають чужорідну ДНК безпосередньо перед цвітінням на маточки зі зрізаними рильцями. Успіх трансформації в таких експериментах становить 1-3%.

Оригінальний спосіб введення чужорідної ДНК в злаки розроблений в Корнельському університеті США. За допомогою генетичного пістолета в клітини рослин вистрілюють крихітні вольфрамові кульки, покриті генетичним матеріалом. Наприклад, спосіб балістичної трансформації застосували для введення гена вірусу тютюнової мозаїки в клітини цибулі. Була встановлена ​​експресія гена в клітинах. Метод високошвидкісної балістичної трансформації нині широко використовується в Центрі «Біоінженерія», ІМГ, ІФР, ВНІІСБ при створенні трансгенних рослин пшениці.

На станції штучного клімату «Біотрон» Інституту біоорганічної хімії для збільшення стійкості українських сортів пшениці до грибкових захворювань тут проводять дослідження суперекспрес генів декількох тауматин-подібних білків виділених з рису (TLP) і вівса (oatpermI). Для отримання трансгенних рослин пшениці використовуються вектори, сконструйовані для експресії гетерологічних генів в геномах злакових культур: psGFP-BAR і pAct1-F. Перша конструкція містить ген gfp з оптимізованим кодоном для експресії в рослинах, а також ген bar, що надає стійкість клітинам рослин до гербіциду Basta (містить в якості активного інгредієнта L-phosphinotricin). Друга векторна конструкція містить репортерний ген gus. На даний момент отримана 21 лінія трансгенної пшениці сорту Андрос, в геномі яких підтверджено присутність послідовностей генів TLP і outperm. На даний момент проводяться дослідження на предмет збільшення стійкості отриманих рослин до різних грибних патогенів пшениці.

З розвитком культури in vitro з'явилася реальна можливість більш широкого використання гаплоїдії в селекції сільськогосподарських культур. Застосування методу культури клітин дозволило здійснити регенерацію рослин з генеративних клітин, що містять гаплоїдний набір хромосом. Стало можливим масове отримання гаплоидов. Практичне значення в селекції в даний час отримали культура пильовиків (андрогенез), зав'язей і семяпочек (гіногенез) і метод гаплопродюсера, який є різновидом гиногенеза.

Хромосомна інженерія - це заміщення хромосом на внутривидовом, межвидовом і межродовом рівнях. Ця технологія відкриває нові можливості в селекції, коли потрібно підправити окремі ознаки, а не реконструювати весь організм, комбінуючи в процесі гібридизації тисячі генів.

У світі вже відомо близько 30 повних заміщених серій у пшениці. Однією з кращих визнана створена вУкаіни серія по комбінації Сумиская 29 х Янецкис Пробат. У сорту Сумиская 29 кожна з 21 пари хромосом заміщена на гомологичную хромосому від сорту-донора Янецкис Пробат.

У ряді випадків, коли вичерпана внутрішньовидова мінливість, вже не вдається посилити до необхідного рівня селекціоніруемие ознаки, перш за все стійкість до захворювань. Тоді доводиться запозичувати необхідні гени у інших видів, пологів рослин, в тому числі і у диких родичів.