Регистрация сигнальных молекул

Страница 4

Чужеродыне гены обычно передаются потомству с высокой степенью стабильности при мейозе [Muller et al., 1987]. Однако, иногда наблюдали случайную потерю трансформированного фенотипа после мейоза [Potrykus et al., 1989].

Возмножно, это происходило из-за активации чужеродного гена (например, при метилировании ДНК). Интеграция чужеродной ДНК во внеядерные геномы, например, в хлоропластную ДНК [De Block et al., 1980], так же происходит по неменделевскому типу наследования – по материнской линии.

Используя метод гибридизации по Саузерну [Southern, 1975] для анализа трансформантов и их потомства, многие исследователи показали, что часто наблюдается встраивание укороченных, тандемных или перестроенных копий чужеродных генов, особенно после прямого переноса ДНК в протопласты [Krens et al., 1985]. Появление тандемов, часто от 5 до 20 копий, можно объяснить рядом рекомбинаций перед интеграцией в геном [Szernilofsky et al., 1986; Wirtz et al., 1987]. Образование инвертированных повторов является основным типом перестроек чужеродной ДНК при применении векторов, содержащих тДНК ----- Ti-плазмиды [Jorgensen et al., 1987].

Итак, при проведении опытов по трансформации растений, необходимо принимать во внимание тот факт, что чужеродная ДНК может подвергаться различным модификациям перед встраиванием в геном хозяина. Однако, и после интеграции могут происходить различные ее перестройки, обычно во время мейоза [Czernilofsky et al., 1986]. В таких случаях только перекрестное опыление тщательно отобранных трансформантов с наиболее желаемым генотипом и фенотипом дает потомство с предсказуемыми призанаками.

1.1.6. Анализ экспрессии чужеродных генов в трансформированных растениях

Для качественного и количественного анализа экспрессии чужеродных генов в растениях используют множество методов, включая Нозери-анализ РНК [Nagy et al., 1988] и Вестери-анализ продуктов трансдукции [Burnette, 1981]. Кроме того, изучают фенотипические признаки такие как, устойчивость к антибиотикам и гербицидам. Для анализа экспрессии таких репортерных генов, как cat, npt II, гены октопин- и -------- разработаны чувствительные методы [Otten a. Schilperoort, 1987; Gorman et al., 1982].

Такого рода анализ может иметь большое значение, поскольку можно комбинировать кодирующие последовательности репортерных генов с подходящими регуляторными последовательностями растительных генов, либо создавать двойные гены, экспрессирующиеся с одного и того же промотора. Активность гена и промотора можно таким образом определить либо с помощью ферментативного анализа, либо гибридизацией растительной РНК с зондами, комплементарными репортерному гену.

Перечисленные выше разнообразные методики можно успешно применять для анализа экспрессии чужеродных генов в трансгенных растениях, в частности, генов устойчивости к гербицидам, насекомым, облучению, антибиотикам и др.

1.2. Использование метода генетической

инженерии для трансформации однодольных растений

1.2.1. Краткие характеристики ряски

Семейство рясковые, Lemnaceae включает 6 родов и 30 видов, встречающихся на всех континентах. Наиболее широко они распространены в Северной и Южной Америке, Африке, Австралии. Представители семейства рясковые являются самыми маленькими в мире цветковыми растениями, венчики которых редко превышают 1 см. В результате гидрофильной эволюции они достигли крайней степени редукции всех своих органов, поэтому и по простоте строения занимают первое место среди цветковых.

Рясковые – водные, свободноплавающие, большей частью многолетние травянистые растения. По своей природе рясковые являются неотеническими формами произошедшими от предков современного водоплавающего рода Пистия из семейства Ароидных. Рясковые служат кормом для диких и домашних уток, а так же других водоплавающих и болотных птиц, для рыб, особенно карпа, и ондатры. В сельском хозяйстве их используют в свежем и сушеном виде как ценный белковый корм для свиней и домашней птицы. Применяются рясковые и для очистки воды, так как извлекают из нее и запасают в своих листьях азот, фосфор, калий, а так же поглощиют углекислый газ и обогащают воду кислородом. Употребляются и человеком.

За последние 50 лет рясковые рассматриваются, как чрезвычайно ценный экспериментальный объект для морфогенетических, физиологических и биохимических исследований благодаря неприхотливости к среде, малым размерам, быстрому росту, что позволяет использовать всего один генетический клон на протяжении всего эксперимента.

1.3. Сигнальные молекулы, их способность индуцировать процессинг тДНК

Экспрессию генов vir-области индуцируют специфические сигнальные молекулы посредством позитивной регуляции системы в состав которой входят гены virA и virG [Melchers et al., 1986; Stackel, Zambryski, 1986].

Активаторами транскрипции vir-генов являются низкомолекулярные моноциклические фенольные соединения, синтезируемые в механически поврежденных тканях растений [Stuchel, 1985]. Примерами таких соединений являются ----------- и довольно широкий круг производных ------- биосинтетического пути метаболитов защитной природы или предшественников лигнина.

Сигнальные молекулы были впервые обнаружены в экссудатах корней и листьев двудольного растения Nicotiano tabacum, они были идентифицированы как ----- и -------. Эти соединения синтезировали метаболически активные поврежденные ткани растений. В настоящее время установлена сигнальная индуцирующая активность у большой группы ------- соединений растительной природы. Механическое повреждение тканей растений приводит к усилению синтеза таких сигнальных соединений. Известно, что ------------ и коричная кислоты, проявляющие сигнальную активность, обладают так же антимикробными свойствами и являются промежуточными метаболитами на пути синтеза -------. ---------- распознаются специфическими рецепторами агробактерий, являющимися трансмембранными хеморецептргыми белками с различной ------- к таким молекулам [Leroux, 1987]. Для оптимальной индукции экспрессии генов vir требуется присутствие в эксцудатах растений различных углеводов: глюкозы, глюкуроновой кислоты, галактозы, галактуроновой кислоты, арабинозы, маннозы, фукозы, целлобиозы и ксилозы, представляющих компоненты клеточной стенки растений. Такие углеводы связываются с периплазматическим доменом рецептора в виде предварительно обработанного комплекса с белком-продуктом хромосомного вирулентного гена Chv E, причем конечный результат индукции процессинга тДНК зависит от синергической активности сигнальных соединений и сахаров эксцудатов растений.

Структурная формула:

Позитивная регуляторная система vir A – vir G, контролирующая экспрессию генов vir -----, работает следующим образом. Экспрессируемый конститутивно ген vir A выполняет функцию рецепции сигнальных молекул растений и трансмиссии этого сигнала в бактериальную клетку. Этот мембранный хеморецептор после принятия внешнего сигнала активирует продукт гена vir G, который в свою очередь выступает в качетве позитивного регулятора собственной транскрипции и транскрипции остальных генов vir -----. Механизмы активации следующие.

Белок vir A, дважды пронизывающий мембрану бактерии, при появлении сигнальных молекул автофосфорилируется --------- на своем С-конце, переходя в активную форму. (В отсутствии индукции С-терминальный домен белки vir A взаимодействуют с W-терминальным доменом, ингибируя киназную активность).

Активированный белок vir A в свою очередь --------- внутренний клеточный белок – трансдуктор сигнала vir a по остатку аспарагина – 52 [Jin et al., 1990]. Фосфорилированный белок vir G связывается с промоторами остальных генов регулона и со своим собственным, выступая в качестве транскрипционного активатора. Индукция vir генов обратимая, и каскад реакций может быть прерван, что очень важно для патогена: в случае, если хозяин больной и нежизнеспособный организм, перенос тДНК в его клетки не осуществляется [Hess et al., 1991].

Кроме позитивной регуляторной системы vir A – vir G, локализованной на Ti-плазмиде, в регуляции экспрессии vir-генов принимают участие также хромосомные гены. Об этом свидетельствует обнаружение спонтанного хромосомного мутанта ros, у которого гены vir C и vir D – оперонов экспрессируются в отсутствие сигнальных молекул растений.