![]() |
ÐÓÁÐÈÊÈ |
Ñîâðåìåííàÿ ãåíåòèêà |
ÐÅÊËÀÌÀ |
|
Ñîâðåìåííàÿ ãåíåòèêàpierd capacitatea de a se diviza. Tocmai din aceast? cauz? toate experien?ele de cre?tere a unor celule aparte n-au dat nici un rezultat. Atunci savan?ii au în?eles c? experien?ele cu ?esuturi specializate sunt inutile. ?i au hot?rât s? fac? experimente cu celulele ce formeaz? împreun?ri de ?esuturi în locurile unde planta a fost v?t?mat?. S-a constatat c? aceste ?esuturi sunt extrem de nepreten?ioase ?i pot fi crescute cu u?urin?? în condi?ii artificiale. În continuare s-a constatat c? în mediul nutritiv poate fi pus un fragment de ?esut ?i peste câteva zile în locul t?ieturii (r?nii) va apare o suprapunere amorf? de ?esut, a c?rei celule se vor dezvolta apoi în retorte sau epruvete, ca o mas? ne organizat? ce cre?te repede. În cursul acestui proces se produce a?a-zisa dediferen?iere a celulelor, revenirea lor la starea ini?ial?, nespecializat?, dup? care este u?or s? le comut?m pentru efectuarea altor func?ii. Un fragment din acest ?esut poate fi separat oricând ?i mutat într-un mediu nutritiv proasp?t. Astfel via?a plantei va continua la infinit. În multe laboratoare din lume exist? culturi de celule, care tr?iesc mai bine de 30 de ani. Conform modului de nutri?ie, aceast? cultur? de celule nu seam?n?, îns?, cu o plant? întreag?, care poate s? se asigure singur? cu substan?e organice, formându-le în procesul fotosintezei. Atunci când pentru ele se creeaz? medii nutritive speciale, trebuie s? se ?in? cont nu numai de componen?ii pe care planta îi absoarbe cu r?d?cinile din sol, dar ?i de componen?ii sintetiza?i de frunze, adic? de glucide. Celulele sunt capabile s? ve?uiasc? ?i s? se divizeze numai dac? mediul nutritiv con?ine toate mineralele, glucidele ?i substan?ele stimulatoare (vitaminele ?i hormonii) necesare. În prezent a fost acumulat? o experien?? bogat? de cre?tere a ?esuturilor diferitelor plante: tutunului, bradului, tomatelor, l?mîiului, gen?enului ?. a. m. d. Ob?inerea produselor de valoare de origine vegetal? din biomasa celulelor cultivate se bazeaz? pe capacitatea acestor celule de a sintetiza acelea?i substan?e secundare, pentru care sunt cultivate aceste plante sau culese în natur?. Prezint? interes în primul rând substan?ele folosite în industria alimentar?, medical? ?i parfumerie. Activitatea fiziologic? a acestor culturi este foarte înalt? ?i permite elaborarea de tehnologii rentabile. În prezent este rentabil? cultivarea, bun?oar?, a celulelor de gen?en, care con?in panaxozizii proprii vestitei «r?d?cini a vie?ii». Au fost create întreprinderi la care în vase speciale sunt cultivate celule de plante, ale c?ror rezerve în lume sunt limitate sau se epuizeaz?. Din ele fac parte în primul rând rauvolfiea, dioscoreia, gen?enul, eleuterococul ?. a. Rauvolfia este singura surs? a preparatului medicamentos de valoare rezerpina; dioscoreia sintetizeaz? compu?ii steroizi necesari pentru producerea cortizonei ?i a celorlalte preparate hormonale. Planta rauvolfia, mai alee r?d?cinile ei, con?in o mare cantitate de diferi?i alcaloizi din care cea mai mare r?spândire o au rezerpina ?i aimalina, necesare pentru tratamentul bolii hipertonice — ele scad tensiunea arterial?. Rauvolfia este o plant? tropical?. Din cultura celulelor ei, îns?, ace?ti alcaloizi se ob?in la noi în ?ar?. Este interesant c? celulele cultivate con?in mai bine de dou? ori mai mult? aimolin? decât celulele plantelor întregi, ?i aceast? substan?? poate fi ob?inut? pe parcursul întregului an. C?ci pentru cre?terea celulelor «în eprubet?» nu e nevoie de un sol potrivit, nici de o clim? favorabil?. ?tim to?i care e valoarea gen?enului. R?d?cinile lui con?in multe substan?e t?m?duitoare. Esen?ele de gen?en sunt folosite în cazurile de sc?dere a tensiunii arteriale, de oboseal?, de surmenare, la tratamentul unor boli nervoase. Preparatele din r?d?cin? sunt folosite larg ?i în parfumerie. La fel de bine se ?tie, îns?, c? gen?enul s?lbatic cre?te foarte încet — într-un an spore?te cu 1 gram. În eprubet? celulele lui formeaz? repede o mas? biolojic? mare: în 21 de zile — aproape 100 de grame la un litru de mediu nutritiv. Aceste celule sintetizeaz? aceea?i panaxozizi ca ?i planta. În laboratoarele fabricilor din industria microbiologic? s-a început deja producerea artificial? a gen?enului. ?i primele «livr?ri industriale» îi bucur? pe savan?i. Academicianul C. A. Ovcinicov indic? c?, datorit? eforturilor enorme depuse de «vân?torii de gen?en», industria medical? produce anual 250—300 kg de extract al r?d?cinii-minune, pe când întreprinderile specializate de acum în primul an de produc?ie industrial? au fabricat aproape 5 tone de acest extract. Experimentele biologice arat? c? nu exist? nici o deosebire între efectele ob?inute de la preparatele din r?d?cina gen?enului ?i cele ob?inute din masa lui celular?. La ordinea zilei se afl? metodele de cultivare în condi?ii industriale a biomasei celulare de eleuterococ, care dup? complexul de substan?e cu activitate biologic? se deosebe?te prea pu?in de gen?en. Pe baza extractului de eleuterococ a fost creat? b?utura «Bodrosti». Esen?a lui se vinde la farmacii ca tonifiant adaptogen ?i stimulator al muncii intelectuale. O alt? cale de dezvoltare a biotehnologiei celulare este crearea prin metode genetice a liniilor celulare sau a clonilor supraproduc?tori de substan?e valoroase. Se pune sarcina de a ob?ine mutan?i biochimici supraproductivi la nivelul celular, care s? nu copie cele ce se produc în plant?. Probabil c? nu numai mutogeneza ?i selec?ia plantelor de mare randament, dar ?i hibridizarea celulelor din diferite plante are perspective frumoase ?i promite în viitor crearea unor cloni supraproductivi prin metodele ingineriei celulare. Avantajul esen?ial pe care îl prezint? ob?inerea produselor de valoare prin intermediul culturilor celulare const? în faptul c? recoltele nu sunt limitate de timp, sezon ?i clim?. Culturile celulare au fost înc? pu?in studiate ca produc?tori ai substan?elor obi?nuite cu activitate fiziologic? ?i ca analogii ale lor, care pot avea o activitate mai înalt?. ?i înc? un detaliu: celulele cultivate sunt, de fapt, o materie prim? nou?, care trebuie studiat? pentru a se eviden?ia compu?i activi neobi?nui?i, care n-au fost descoperi?i înc? în natur?. Primele încerc?ri de separare au condus la descoperirea substan?elor cu activitate antivirotic? anticancerigen?, fitoncid?. Sper?m c? cercet?rile acestea se vor solda cu succes. Una dintre variantele de utilizare a culturilor celulare pentru ob?inerea pe cale industrial? a produselor de valoare este folosirea lor pentru transformarea biologic? a precursorului neactiv într-un produs activ. Precum vedem, industria celulelor vegetale se afl? la început de cale. De ea ?in, îns?, multe orient?ri de perspectiv? în domeniul cercet?rilor ?i, nu încape îndoial?, c? are un mare viitor. 12.3 Hibridarea celulelor somatice ?i ob?inerea hibrizilor asexua?i Hibridizarea este un fenomen foarte r?spândit în natur?. To?i indivizii de aceea?i specie se încruci?eaz? liber între ei ?i dau o descenden?? fecund?. Deaceea putem alege pentru încruci?are reprezentan?i ai diferitelor linii, care se deosebesc dup? anumite caractere de valoare, pentru a-i îmbina în descenden?a hibrid?. Aceast? încruci?are între diferitele linii de plante ale aceleia?i specii poart? numele de hibridizare intraspecific?. Ea se produce mereu în natur?. Mult mai rar se încruci?eaz? plantele ce apar?in la diferite specii ?i cu atât mai pu?in la diferite genuri, iar dac? aceasta se întâmpl? , ace?ti hibrizi îndep?rta?i sunt sterili. Totodat?, hibridizarea îndep?rtat? este unica metoda eficace prin intermediul c?reia se realizeaz? cu succes «ingineria selec?ionar?» a plantelor. Perspective deosebit de largi se deschid în fa?a hibridiz?rii îndep?rtate la încruci?area plantelor culturi cu cele s?lbatice, când selec?ionatorul realizeaz? transmiterea programat? a unor caractere valoroase din punct de vedere genetic ale speciilor s?lbatice ?i cultivate unui nou hibrid. Dac? la o hibridizare obi?nuit? în limitele unei specii nu apare nimic nou în principiu, la hibridizarea îndep?rtat? se formeaz? plante cu totul noi, nemaiv?zute, pe care le putem numi, pe bun? dreptate, specii noi. Formele ob?inute pe aceast? cale reunesc propriet??ile a dou? specii ?i genuri sau chiar a mai multora ?i prezint? un fond de acumul?ri a materialului genetic, cu ajutorul c?ruia se poate «construi» în continuare, crea noi specii, variet??i ?i soiuri. Precum se ?tie, în celulele sexuale ale plantelor ?i animalelor se afl? o garnitur? unic? (haploid?) de cromozomi. La diferitele specii num?rul de cromozomi este diferit, dar el este constant la fiecare specie. De exemplu, celulele sexuale ale grâului moale con?in 21 de cromozomi, ale grâului tare — 14, ale sec?rii —7 ?. a. m. d. Fiecare cromozom este purt?torul unei anumite garnituri de gene. Prin contopirea celulei paterne cu cea matern? care poart? câte o garnitur? de cromozomi se formeaz? zigotul cu o garnitur? dubl?. O garnitur? dubl? cap?t? ?i fiecare celul? a germenului ?i a organismului matur. Savan?ii au înv??at s? manipuleze dup? dorin?a lor cromozomii, s? m?reasc? sau s? reduc? garniturile de cromozomi ale celulelor. În procesul experiment?rii ei pot s? m?reasc? de dou? sau de trei ori num?rul de garnituri cromozomice ale unei specii (acest fenomen a fost denumit autopoliploidie); s? reuneasc? într-o celul? garniturile cromozomice ale diferitelor specii (alopoliploidia); s? ob?in? organisme cu un num?r ordinar de cromozomi (haploidia), precum ?i s? substitue o anumit? pereche de cromozomi cu alta, s? insereze cromozomi suplimentari sau fragmentele lor aparte, luate din alt soi ?i chiar din alt? specie. Aceste metode de manipulare a materialului genetic au fost numite inginerie cromozomic?. Ele sunt utilizate tot mai pe larg în practica selec?iei plantelor. Nu încape îndoial? c? importan?a ingineriei cromozomice va cre?te tot mai mult pe m?sura perfec?ion?rii metodelor ei. Se cunosc experien?ele savantului G. D. Carpecenco, care a ob?inut pe aceste c?i un hibrid fertil din diferite specii: varz? ?i ridiche — rafanobrasica. Îns?, din p?cate, acest hibrid intergenic n-a prezentat interes practic. Iat? un alt exemplu: se ?tie c? dintre toate culturile cerealiere secara este cea mai rezistent? la frig ?i cea mai nepreten?ioas? fa?? de sol. Spicul ei este mai productiv, decât cel al grâului. Selec?ionatorii ?i-au pus drept scop s? încruci?eze grâul cu secara ?i s? ob?in? o cultur? cerealier? absolut nou?. Se prevedea unirea într-o singur? plant? hibrid? a celor mai bune caractere ale grâului ?i ale sec?rii. Acest hibrid intergenic (el a fost numit triticale — de la îmbinarea cuvintelor latine triticum— grâu ?i secale — secar?) se ob?ine prin încruci?area grâului cu secara, dublându-le în continuare garnitura de cromozomi la hibrid, tratând celulele lui cu alcaloidul colhicina. Astfel cromozomii de grâu ?i secar? devin dubli ?i restabilesc fertilitatea triticalei. Triticale este primul gen de plant? ob?inut în mod artificial, având o mare valoare practic?. În diferite ??ri s-au ob?inut de acum multe varia?ii ale acestor plante. Cele mai frumoase rezultate în acest domeniu le-au ob?inut V. Pisarev, A. ?ulândin ?i N. ?i?in împreun? cu colegii lor. Deosebit de valoros s-a dovedit a fi triticale cu 42 de cromozomi (dintre care 28 de grâu ?i 14 de secar?). În ce const? valoarea triticalei? Cele mai bune soiuri ale acestei culturi de peste hotare dau tot atâtea gr?un?e ca ?i grâul de toamn? moale, dar ele se deosebesc printr-un con?inut sporit de protein?, prin înalte propriet??i de panifica?ie a f?inii. Afar? de aceasta, triticale este mai rezistent? la boli decât grâul. Gr?un?ele ei con?in mai mult aminoacid indispensabil — lizin?, cu toate c? aceast? cultur? înc? nu ocup? terenuri mari, mul?i savan?i consider? c? anume triticalele sunt pâinea viitorului. Se presupune c? recolta celor mai bune din formele ei va fi în mediu de 70—80 centale la hectar. Academicianul N. V. ?i?in a emis o alt? idee neobi?nuit?: de a încruci?a grâul cu du?manul lui înr?it — cu pirul. De ce oare savantul a ales din atâtea plante tocmai buruiana a c?rei numire în traducere din latin? e «pojarul câmpurilor». Acest gramineu s?lbatic posed? multe propriet??i de valoare, pe care n-ar strica s? le aib? grâul. El suport? minunat gerul de 50—55 de grade, nu sufer? de boli, iar gr?un?ele-i con?in 28—30 procente de protein?, de dou? ori mai mult decât cele mai bune soiuri de grâu. Ob?inerea hibrizilor de grâu-pir (HGP) nu numai c? este un lucru complicat, dar mai necesit? ?i un volum mare de munc?. Primul mare obstacol este, precum în cazul cu triticale, sterilitatea hibrizilor. Se cer multe bra?e de munc?, de aceea vara la cultivarea lor particip? ?i ?colarii. Ei separ? staminele de grâu, apoi izoleaz? spicul, iar peste dou?-trei zile pun pe stigmatul grâului polenul de pir. Toamna apar ni?te semin?e pl?pânde, mici, care nu seam?n? nici cu grâul, nici cu pirul. Anul urm?tor ele se seam?n? ?i cresc plante noi. Sunt sterile, în anterele lor aproape nu se formeaz? polen. Florile hibridului trebuie deja poleniza-te cu polenul grâului. Pentru a ob?ine un gr?unte e nevoie s? se polenizeze 400 de flori. Hibrizii de genera?ia a doua se autopolenizeaz?, iar spicul seam?n? ba cu cel al pirului, ba cu cel al grâului sau e ceva între grâu ?i pir. Hibrizii de genera?ia a treia au multe spice de tipul grâului, dea- ceea în continuare se selecteaz? numai plantele necesare. Pe baza hibrizilor de grâu-pir au fost create multe soiuri de perspectiv? de grâu de toamn?. Unul dintre acestea este Odin?ovscaia-75. El cre?te bine pe solurile podzolice, este atacat de dou? ori mai pu?in de bolile criptogamice ?i d? o recolt? de aproape 70 centale la hectar. Odin?ovscaia- 75 a fost ob?inut? prin încruci?area hibridului PPG-186 cu Bezostaia-4 ?i Mironovscaia-808. Ea a mo?tenit de la «p?rin?ii» s?i tot ce aveau ace?tia mai bun. Odin?ovscaia se coace repede, are spice ?i boabe mari. Are ?i propriet??i de panifica?ie minunate. Odin?ovscaea are protein? cu un procent mai mult decât celelalte soiuri de grâu. Numai cu un procent. Pare pu?in. De fapt, îns?, aceast? cifr? minuscul? d? un surplus de 5—6 centale de gr?un?e la hectar. Sub conducerea direct? a lui N. V. ?i?in au fost create ?i prezint? o deosebit? importan?? pentru teorie ?i practic? hibrizii ob?inu?i din trei genuri de plante: grâu, pir ?i secar?. Aceast? îmbinare intensific? caracterul multianual al soiurilor de grâu multianual din contul sec?rii multianuale. Celulele somatice ale acestor hibrizi «tripli» con?in câte 35 de cromozomi: 7 — de secar? de la hibridul multianual de secar?, 7 — de pir de la pirul multianual ?i 21 — de grâu de la grâul multianual, Aceste plante sunt puternice, formeaz? câte 30—37 de spice pe o tulpin?, tipul lor de dezvoltare este multianual, sunt foarte rezistente la bolile bacteriale ?i criptogame, dar sunt sterile — nu formeaz? boabe. Dup? ce au fost tratate cu colhicin? s-au ob?inut plante cu 70 de cromozomi ?i cu flori fertile. Se efectueaz? lucr?ri interesante de încruci?are îndep?rtat? a grâului cu graminee s?lbatice (cu elimus), pentru a ridica brusc productivitatea formelor hibride. Dup? încruci??ri complicate ?i în multe etape ale elimusului moale cu grâul tare ?i grâul moale au fost ob?inu?i hibrizi cu 42 de cromozomi, care formeaz? semin?e dup? autopolenizare. Aceste forme de var? ale plantelor au un spic puternic, care dep??e?te uneori 18 cm în lungime. El este capabil s? sus?in? 120 ?i chiar mai multe boabe mari, ro?ii, sticloase. Bobul are un procent foarte mare de protein? — 21—24% în compara?ie cu 12—15% la soiurile obi?nuite de grâu, iar gluten brut în f?in? — aproape 50—55%. Din aceast? f?in? se coace pâine de calitate înalt?, asem?n?toare cu cea coapt? din f?in? de grâu. Putem afirma c? datorit? metodelor de hibridizare interspecific? a fost creat? înc? o cultur? nou?, care în viitorul apropiat va ocupa un loc destoinic printre principalele culturi cerealiere. Precum se vede, posibilit??ile ingineriei de selec?ie, de reconstruire a plantelor agricole pe baza hibridiz?rii îndep?rtate sunt cu adev?rat nelimitate. O direc?ie foarte interesant? ?i de perspectiv? a cercet?rilor în acest domeniu este transmiterea de la plantele s?lbatice a unor cromozomi aparte sau a fragmentelor lor plantelor cultivate. Savantul american E. Sirs a transferat înc? în anul 1956 cu ajutorul razelor rentghen un fragment de cromozom al gramineului s?lbatic eghilops în cromozomul grâului, asigurând astfel grâului gradul de rezisten?? fa?? de rugina neagr? a frunzelor proprii plantei s?lbatice. În ultimul timp la «construirea» plantelor o importan?? tot mai mare o au cercet?rile cu protopla?ti izola?i. În acest domeniu savan?ii din fosta URSS au ocupat cele mai avansate pozi?ii în lume. Aceste metode au fost studiate fundamental ?i perfec?ionate de un grup de savan?i de la Institutul de fiziologie a plantelor al A? al fostei URSS, condus de R. Butenco. Protopla?tii pot fi ob?inu?i din orice organ al plantei, dar în majoritatea cazurilor ei sunt separa?i din frunzele verzi. La început frunzele sunt supuse steriliz?rii, apoi sunt tratate cu fermen?i speciali (celulaza, pectinaza ?. a.) care dizolv? anvelopa groas? :a celulelor, dup? care con?inutul lor viu r?mâne înv?luit într-o membran? sub?ire plazmatic?. Sunt celulele «goale» sau protopla?tii. Dup? izolare protopla?tii sunt transfera?i într-un mediu solid — în geloz?, unde peste câteva ore începe s? se formeze peretele celulei. Prima diviziune a celulelor noi începe, de obicei, peste 3—5 zile, a doua — peste o s?pt?mân?, iar peste înc? o s?pt?mân? se formeaz? aglomera?ii de celule, apoi apare ?i callusul. Pentru ca planta s? regenereze, celulele de callus se tranefer? într-un mediu cultural special, care contribuie la diferen?ierea organelor. În ultimii ani, din protopla?tii izola?i au fost ob?inute plante de tutun, morcov, grâu, maz?re, vi??-de-vie ?. a. Pentru regenerarea unei plante întregi de tutun din protopla?ti e nevoie de 7—10 s?pt?mâni. Cultivarea protopla?tilor prezint? un mare interes pentru ingineria genetic?. În primul rând, pentru c? cu ajutorul lor se pot înmul?i repede exemplare întregi de plant?, deoarece din fiecare celul? se poate ob?ine un întreg organism. Dac? dintr-un gram de frunze verzi se pot separa aproximativ dou? milioane de protopla?ti, se creaz? posibilit??i nelimitate pentru clonarea plantelor, fapt ce are o mare importan?? economic?. Întreaga descenden?? ob?inut? din protopla?tii unei singure plante este identic? din punct de vedere genetic, de aceea aceast? metod? de înmul?ire face posibil? men?inerea pentru un timp nelimitat a propriet??ilor de valoare ale plantelor cultivate, ceea ce nu se poate ob?ine prin înmul?irea sexuat? obi?nuit?. În rândul al doilea, ?i aceasta prezint? cea mai mare importan??, cu ajutorul protopla?tilor se pot ob?ine a?a-zi?ii hibrizi asexuali sau somatici ai diferitelor forme de plante, care nu pot fi crea?i prin nici o alt? metod?. Schema general? a hibridiz?rii celulelor somatice ?i de ob?inere prin ele a hibrizilor asexuali este prezentat? în des. 28. Esen?a acestei tehnologii const? în faptul c? drept materie ini?ial? de construc?ie se utilizeaz? nu celulele sexuale, ci celulele somatice. Dup? ce se îndep?rteaz? de pe ele membranele dure, acestea sunt silite s? se contopeasc?. Din celulele hibride, ap?rute în urma contopirii, se ob?in apoi plante hibride. Protopla?tii, datorit? lipsei membranei de celuloz?, pot s? se contopeasc? singuri între ei sau acest proces se produce în prezen?a unor agen?i chimici, bun?oar? a polietilenglicolului. Dup? contopirea celulelor urmeaz? contopirea nucleelor lor, apoi, în câteva zile, se restabile?te membrana celular? comun? ?i, în sfâr?it, celula hibrid? începe s? se divizeze. În anul 1972 un grup de savan?i americani, în frunte cu P. Carlson, au ob?inut primii hibrizi celulari prin contopirea protopla?tilor a dou? soiuri de tutun. Din celulele contopite au regenerat plante hibride normale— amfidiploide, care con?ineau cromozomii ambilor p?rin?i, 24 de la nicotiana glauca ?i 18 de la nicotiana langsdorfi: în total 2n = 42. S-a constatat c? plantele hibride, ob?inute prin metoda contopirii protopla?tilor, nu se deosebesc prin nimic de cele ob?inute prin hibridizare sexual?. Un grup de savan?i englezi, în frunte cu E. Cocching, au ob?inut în anul 1987 plante hibride prin încruci?area a dou? specii de petunie. Colaboratorii laboratorului de cultivare a celulelor ?i ?esuturilor de la Institutul de fiziologie a plantelor al A? a fostei URSS, în frunte cu R, Butenco, au ob?inut hibrizi somatici din încruci?area a dou? soiuri de tutun, iar, datorit? muncii în comun a savantului sovietic IU. Gleb ?i savantului german F. Hofman, a fost creat? o plant? nou? — arabidobrassica. ?i ea a fost ob?inut? prin hibridizarea somatic? a arabidopsisului ?i a uneia din speciile de varz? s?lbatic?. Noul hibrid a fost crescut în trei etape. La început, dup? contopirea protopla?tilor celulelor somatice ale arabidopsisului ?i a verzei au fost ob?inute celule hibride, care aveau cromozomii ambelor plante ini?iale. Apoi prin înmul?irea unor celule hibride aparte în condi?iile cultiv?rii sterile în medii nutritive solide, care con?ineau geloz?, vitamine, substan?e minerale ?i fitohormoni (auxina ?i chinina), au fost ob?inu?i callu?ii liniilor celulare respective. În sfâr?it, în etapa a treia, schimbând componen?a mediilor nutritive, se provoca stimularea celulelor callusului pentru morfogenez?. Datorit? acestei stimula?ii, celulele hibride ale unor linii formau numai r?d?cina, ale alteia — numai l?starii, ale celor din urm? — plante întregi cu r?d?cini, l?stari ?i flori. Dar plantele înflorite ale arabidobrassicii nu erau capabile de polenizare. Reproducerea ?i înmul?irea lor este posibil? numai pe cale vegetativ? în condi?iile cultiv?rii ?esuturilor. Cercet?rile în domeniul ingineriei celulare a plantelor au atins stadiul când se poate vorbi despre utilizarea acestei noi metode de hibridizare la selec?ionarea practic? a plantelor, cu toate c? în acest caz n-au fost studiate înc? definitiv particularit??ile principale ale «comportamentului» genelor, a fost dovedit c? hibridizarea somatic?, spre deosebire de cea sexual?, l?rge?te mult limitele încruci??rii. Hibridizarea celulelor somatice ?i-a dovedit de acum eficacitatea. Prin ea au fost ob?inu?i hibrizi interspecifici ai cartofului, tomatelor, turnepsului, verzei cu rudele lor s?lbatice, precum ?i hibrizi ai tutunului ?i mahorc?i, tomatului ?i cartofului, care prezint? un material ini?ial de valoare pentru selectarea în viitor a unor soiuri noi. Astfel la una din experien?e savan?ii au utilizat protopla?tii unei specii s?lbatice ?i a unei specii cultivate de cartofi — soiul Prieculischii timpuriu. Acest soi are tuberculi mari, dar este predispus la boli. Cartoful s?lbatic are tuberculi foarte mici, dar este rezistent la diferite boli. Aceste specii se deosebesc ?i dup? m?rimea protopla?tilor, ?i dun? num?rul cromozomilor. Ce propriet??i s-au ob?inut la hibrizii somatici? Dac? compar?m forma frunzelor, a tufelor ?i m?rimea tuberculilor, acestea ocup? parc? o pozi?ie intermediar? între speciile cultivate ?i cele s?lbatice. Tot a?a se întâmpla ?i la hibridizarea obi?nuit?, pe cale sexual?, a acestor plante. Dar hibridul ob?inut din protonla?ti s-a dovedit a fi rezistent la una din bolile virotice grave — la fitoftoroz?. În cursul ultimilor ani s-au ob?inut celule hibride prin contopirea protopla?tilor ?i încruci?ând reprezentan?ii unor specii foarte îndep?rtate: p?pu?oiul cu ov?sul, morcovul cu tutunul, morcovul cu petuniea, p?pu?oiul cu soia, maz?rea cu soia ?. a. m. d., dar din aceste celule hibride nu s-au ob?inut înc? plante întregi. Hibridizarea celulelor somatice, în afar? de solu?ionarea problemelor practice, deschide posibilit??i absolut noi în ce prive?te studierea unei astfel de probleme ?tiin?ifice fundamentale, precum este interac?iunea între nucleu, citoplasm? ?i organitele celulei. Pân? nu demult înc? selec?ia ?i genetica nu aveau posibilitatea de a reconstrui genele organelelor citoplasmei, deoarece prin încruci?area obi?nuit? ele se mo?tenesc numai de la mam?. Fiind lipsite de genele citoplasmitice ale organismului patern, între ele nu se poate produce nici o recombina?ie. Pe de alt? parte, aceste gene sunt responsabile de o serie de procese practice importante. Ingineria celular? ofer? pentru întâia dat? posibilitatea de a manipula ?i cu aceste gene. 12.4 Transferul interspecific al genelor Ingineria genic? ca mijloc de creare ?i transferare a genelor noi e cea mai potrivit? pentru practicarea metodelor ne tradi?ionale în selec?ia plantelor cultivate. Ca început al ingineriei genice a plantelor poate fi considerat? descoperirea vectorului natural al plazmidei mari în bacteriile de sol Agrobacterium tumefaciens, care provoac? la plantele dicotiledonate formarea unor tumori — a col?anilor crenela?i. Adev?ratele tumori apar la plantele capabile s? creasc? nelimitat ?i compuse din celule ne diferen?iate, dup? ce în ?esutul v?t?mat nimeresc bacteriile A. tumefaciens. În anul 1974 s-a descoperit c? caracterul transform?rii este determinat genetic de plazmida ce a c?p?tat de-numirea de Ti (de la cuvintele engleze tumor inducing — care provoac? tumoare). Aceast? plazmid?, precum ?i plazmida Ri (root inducing) — ce provoac? ro?ea??), care determin? boala tumoral? a r?d?cinilor ?i care se afl? în bacteria de sol înrudit? (Argobacterium rhizogenes) formeaz? temelia vectorului ce transport? informa?ia genetic? str?in? în celulele plantelor. Plazmidele Ti se afl? numai în celulele bacteriilor. Dup? ce p?trund în celulele vegetale, se produce inserarea unei p?r?i a ADN-ului plazmidic cu ADN-ul cromozomic al noului st?pân. O condi?ie obligatorie a fiec?rei manipul?ri de inginerie genic? este transferarea celulei unice datorit? inser?rii moleculei ADN ?i dup? aceasta clonarea acestei celule. S-a constatat: celulele vegetale ?i protopla?tii lor izola?i pot fi ?i ei clona?i. A fost elaborat? metoda de inserare a plazmei Ti prin infectarea protopla?tilor cu bacteria A. tumefaciens. Posibilitatea transform?rii plantelor superioare a fost demonstrat? recent de savantul olandez F. Crens împreun? cu colaboratorii s?i pe baza protopla?tilor frunzelor de tutun. În prealabil a fost îndep?rtat? cea mai mare parte a membranei celulare cu ajutorul unor fermen?i speciali. Protopla?tii ob?inu?i în modul acesta erau transforma?i activ de c?tre plazmida Ti. Folosirea Ti — plazmidei în calitate de vector pentru transferul genelor în celulele vegetale ofer? posibilitatea de a regenera plante întregi din celule separate, ce con?in ADN str?in. Pe aceast? cale în anul 1985 savantul japonez M. Norimoto a reu?it s? transfere gena fazeolinei (proteinei de rezerv? a boabelor de fasole) în celulele florii-soarelui ?i a tutunului. Aceast? gen? ?i-a men?inut capacitatea de a se replica în celulele str?ine, în ele se sintetiza în cantit??i mari ARNi ?i îns??i fazeolina. Un fenomen asem?n?tor a fost observat ceva mai înainte (anul 1977) de un grup de savan?i de la Universitatea din Wa?ington. M. Drumand, M. Gordon ?. a. au stabilit c? în caz de interac?iune a plazmidei Ti cu celulele ?esutului de tutun se produce transferul unui fragment de plazmid? din celula bacterial? în celula vegetal?, urmat? de copierea lui în celulele tumorii. A fost prima m?rturie clar? a posibilit??ii transcrierii în celulele ?esutului vegetal a ADN-ului de origine bacterial?. În ingineriea genetic? a plantelor o deosebit? perspectiv? prezint? cercet?rile de transplantare a unor gene aparte sau a unor grupuri de gene de la unele specii la altele cu scopul de a le reconstrui genetic ?i a le atribui noi caractere ?i însu?iri de valoare. Este vorba de asemenea propriet??i cum ar fi capacitatea de sintetizare a aminoacizilor indispensabili, a substan?elor cu activitate biologic?, rezisten?a fa?? de d?un?tori ?i boli, precum ?i fa?? de pesticide, reac?ionarea la utilizarea îngr???mintelor minerale, capacitatea de a absorbi azotul liber din aer ?i multe altele. Atât în ?ara noastr?, cât ?i peste hotare se efectueaz? cercet?ri rodnice în aceast? direc?ie. La începutul deceniului al nou?lea savan?ii australieni au reu?it s? transplanteze genele din bacterii în celulele tomatului, iar biologii englezi — în celulele paltinului. Lucr?ri analoge au fost realizate în 1975 de c?tre colaboratorii Institutului de biologie ?i genetic? molecular? a A? Ucrainene. Savan?ii din Kiev ?i-au pus drept sarcin? transplantarea din celula colibacilului în celulele tutunului a unui grup de gene. Ca translator de gene a fost alee fagul lambda. Acest fag paraziteaz? pe bacteriile colibacilului, insereaz? ADN-ul s?u în cel al st?pânului, iar când p?r?se?te celula bacteriei, duce cu ea câteva din genele ei — operonul lactozic. Pentru experien?? a fost ales anume tutunul, pentru c? unele din celulele lui cresc bine în cultura de laborator ?i din ele se poate cre?te relativ u?or o plant? întreag?. Experien?a a decurs în felul urm?tor: în unele vase se cre?teau celule de tutun, în altele — celule bacteriene, purt?toare ale fagului lambda. Apoi celulele bacteriilor, ce cre?teau de obicei la temperatura de 30—37°C, au fost transferate într-un mediu cu temperatura mai înalt? (42°CE). În aceste condi?ii fagii parc? fac celula s? explodeze, se arunc? din ea, duc cu ei un fragment de ADN al st?pânului — operonul lactoz?. Dup? aceasta fagii înc?rca?i cu gene str?ine sunt separa?i din cultura de colibacili ?i adu?i în cultura celulelor de tutun. Peste un anumit timp în celulele de tutun spore?te cu mult activitatea fermentului — galactozidaza. Înseamn? c? a început s? func?ioneze operonul lactozic. Sinteza fermentului bacterial în celulele tutunului se produce tot mai activ ?i spre sfâr?itul s?pt?mânii a treia spore?te în compara?ie cu începutul experien?ei de 30—50 de ori. Aceast? problem? solu?ionat? cu succes a avut un caracter pur didactic, ea era necesar? pentru perfec?ionarea metodei. C?ci n-are nici un rost a se altoi tutunului operonul de lactoz?: tutunul se poate lipsi de lactoz?. Mai descriem o problem? asem?n?toare, îns? de mare importan?? practic?. Boabele de grâu con?in pu?ini aminoacizi indispensabili — triptofan a c?rui cantitate (?i înc? a unui aminoacid indispensabil — lizin?) determin? valoarea proteinei celulei vegetale. Aici programul de sintetizare este împrumutat de la aceea?i bacterie a colibacilului: ADN-ul ei con?ine ?i operonul triptofanic — un complex alc?tuit din cinci gene în care se afl? codificat un ferment ce sintetizeaz? triptofanul. Dac? acest operon este luat din bacterie ?i transferat în ADN-ul grâului, apoi în urma acestei opera?ii de inginerie genic? grâul se îmbog??e?te cu triptofan. Primele cercet?ri ne inspir? speran?a c? în viitorul apropiat ?i aceast? opera?ie se va solda cu succes Comunicarea savan?ilor de la Universitatea San-Diego (California), f?cut? recent, p?rea senza?ional?. Ei au reu?it s? separe din organismul licuriciului gena responsabil? de activitatea celulelor, care radiaz? lumina Acest? gen? a fost inserat? în celula tutunului. ?i ce crede?i? Când din aceast? celul? a fost crescut? o plant? de tutun, aparatele au fixat c? frunzele plantei radiau permanent o lumin? slab?. Dac? se va confirma definitiv c? radia?ia de lumin? este o urmare a transplant?rii genei, experimentul va fi considerat de savan?i drept o mare realizare a ingineriei genice. Un vis sacru al savan?ilor ce lucreaz? în domeniul ingineriei genice ?i celulare este transferarea în celula plantei a genelor responsabile pentru însu?irea azotului molecular din aer. Aceste gene (nif — operon) le au unele bacterii ?i alge euglenofite. Datorit? lor aceste organisme au o garnitur? de fermen?i necesari, între care rolul principal îi apar?ine nitrogenazei. Toate celelalte organisme nu dispun de aceste gene. De aceea plantele care se scald? în azot ?i sunt «îmbibate» cu el (4/5 de aer) au nevoie, totu?i, ca solul s? con?in? compu?i ai acestui element. Pentru a sintetiza proteine ?i alte substan?e plantele pot utiliza azotul numai în form? de compu?i chimici. ?i nu-i deloc întâmpl?tor c? pentru a ob?ine recolte maximale omenirea a creat o puternic? industrie de îngr???minte de azot ?i este nevoit? s? cheltuiasc? în aceste scopuri multe resurse materiale. Dar exist? ?i plante capabile s? înfrunte într-o anumit? m?sur? aceste dificult??i: este vorba de plantele leguminoase pe r?d?cinile c?rora locuiesc a?a-zisele bacterii de nodozit??i care asimileaz? azotul din aer. Astfel, leguminoaselor li se transmite o parte din azotul necesar în urma simbiozei cu bacteriile. La început savan?ii au încercat s? modeleze un proces de simbioz? asem?n?tor la cultivarea ?esutului vegetal. P. Carlson ?i colaboratorii s?i au utilizat cultura ?esutului de morcov, deoarece pentru el erau deja elaborate metodele de regenerare din celule ale plantei de valoare complect?. În cultura ?esutului de morcov se insera tulpina bacteriei de nodozit??i (Azotobacter vinelandi) care nu poate cre?te f?r? adenin?. În mediul nutrit1iv nu era aceast? substan??, de aceea bacteriile puteau s-o capete numai din celulele morcovului. Dup? o cre?tere comun? timp de 12 zile, celulele erau transferate într-un mediu f?r? azot, pe care peste câteva luni au crescut ni?te culturi capabile s? creasc? încet în cursul unui an ?i jum?tate. Culturile de control (f?r? azotobacterii) n-au crescut deloc într-un astfel de mediu. Colaboratorii Institutului de biologie ?i genetic? molecular? a A? Ucrainene au ob?inut o simbioz? asem?n?toare. În acest scop ei au folosit un alt gen de bacterii fixatoare de azot —Rhizobium, precum ?i celule de tutun ?i de grîu. Ei au amestecat celulele bacteriene ?i vegetale, ?i peste un timp oarecare s-au convine c? în celulele de tutun ?i de grâu au p?truns bacterii ?i c? ele sunt responsabile de fixarea azotului. În ultimul timp au fost elaborate metode de contopire a algelor euglenofite cu protopla?tii plantelor. O aten?ie special? o merit? contopirea algei Giloeocapsa cu protopla?tii de tutun ?i de porumb. Aceast? alg? prezint? interes nu numai prin faptul c? fixeaz? azotul atmosferic, dar ?i prin aceea c?, spre deosebire de celelalte euglenofite, nu eman? toxine pe parcursul activit??ii sale vitale. În ultimii ani savan?ii englezi au reu?it s? separe gene ce determin? capacitatea de fixare a azotului din microorganismul Klebsiella ?i s? le insereze în celulele colibacilului. Aceste cercet?ri au permis a se stabili existen?a a 17 gene care determin? capacitatea de fixare a azotului. Ele sunt dislocate ca ni?te blocuri, formând 7 sau 8 operoni, fapt ce asigur? posibilitatea sintetiz?rii simultane a câtorva fermen?i. Au fost identificate de acum 3 gene, care controleaz? sinteza fermen?ilor de fixare a azotului: nif H care codific? sinteza proteinei, nitrogenoza ce con?ine fier, ?i nif D – sinteza diferitelor subunit??i ale fermentului, care con?ine atomi de molibden ?i fier. Prin metodele de hibridizare molecular? s-a demonstrat c? genele care ?in la control capacitatea de fixare a azotului au o structura conservativ?: compara?ia acestor gene la 19 microorganisme procariote fixatoare de azot au demonstrat c? ele au o structura foarte asem?n?toare. Scopul final al acestor cercet?ri este transplantarea genelor ce ?in la control fixarea azotului molecular din celulele bacteriale în celulele plantei, men?ionându-se activitatea lor func?ional?. Acest scop este foarte ademenitor, de?i deocamdat? realizarea lui nu e posibil?. Inserarea genelor care asigur? asimilarea azotului din aer în ma?ina fiziologic? bine reglat? a celulelor vegetale va provoca, probabil, o puternic? perturbare a metabolismului ei ?i nu e exclus un final nefavorabil. Altceva este crearea unor bacterii – simbionte, adaptate la acele culturi de câmp sau de paji?te, care, spre deosebire de p?st?ioase, n-au «furnizori» proprii de azot. Plantele (bun?oar? gramineele) pot fi înv??ate s? asimileze azotul numai dac? în bacteriile radicule va fi inserat? gena responsabil? pentru acest proces. Aceast? opera?ie cu adev?rat artistic? au reu?it s-o realizeze savan?ii Institutului de genetic? ?i citologie a A? din Belorus?. Bacteriile operate sunt capabile nu numai s? asimileze azotul atmosferic, dar ?i s?-l degajeze cu eficacitate în sol. Trecerea de la introducerea îngr???mintelor de azot la popularea sferei radicule a plantelor cu bacterii fixatoare de azot va permite s? se m?reasc? recolta diferitelor culturi, s? se economiseasc? mari mijloace materiale ?i, ceea ce este foarte important, va reduce poluarea mediului ambiant cu nitra?i ?i nitri?i, substan?e foarte toxice ?i mutagene. XIII. INGINERIA GENETIC? LA ANIMALE 13.1 Hibrizi neobi?nui?i: ob?inerea animalelor alofene În natur? hibrizii sunt un fenomen destul de rar. Cu atât mai mult hibrizii îndep?rta?i ai animalelor. Fiecare specie de animale pe parcursul evolu?iei îndelungate, a elaborat multe însu?iri de adaptare la mediul de trai. Fiecare specie este protejat? contra hibridiz?rii întâmpl?toare cu o alt? specie printr-o mul?ime de bariere: prin perioada diferit? de mont?, prin formele exterioare diferite, prin deosebiri în comportament. În timpul multor dansuri nup?iale se pun reciproc o serie de «întreb?ri ?i r?spunsuri», nerespectarea ordinii lor exclude posibilitatea împreun?rii. A?a se prezint? legea care p?streaz? stabilitatea lumii vii. Uneori, îns?, ea este înc?lcat?, speciile apropiate se încruci?eaz?, dar, de regul?, nu las? urma?i - natura rebuteaz? ace?ti urma?i ocazionali, ca fiind neviabili. Foarte pu?ine specii de animale hibride s-au înr?d?cinat ne p?mânt. Ele prezint? o excep?ie. Omul caut? s? hibridizeze animalele, crescându-le în medii artificiale. Recurgând la diferite metode, uneori ingenioase, el distruge barierele intergenice, ob?inând animale cu propriet??i de care are nevoie. Deseori la baza acestei hibridiz?ri se afl? un experiment pur ?tiin?ific. Cine are nevoie, de exemplu, de un hibrid tigru-leu? El a fost ob?inut doar ca o raritate. Hibrizii dintre cai ?i m?gari sunt catârul ?i bardoul, care sunt, îns?, de mare folos în economie. Bardoul este r?spândit în China, iar catârul în multe regiuni muntoase ale lumii. Ei se deosebesc de cai prin firea lor calm?, sunt rezisten?i ?i nu-s deloc sperio?i. Dar aceast? fire calm?, ca regul?, este caracteristic? pentru animalele sterile. Catârul se cap?t? la încruci?area iepelor cu m?garii, iar bardoul a m?g?ri?elor cu arm?sarii. Sterilitatea lor se explic? prin înc?lcarea gametogenezei: la cai num?rul de cromozomi (2n) este de 66, iar la m?gari – 64, deci hibrizii au o garnitur? incomplet? de cromozomi – 65. Prin metoda transplant?rii, savan?ii au reu?it s? ob?in? catâri fecunzi. D. Antchac (SUA) ?i U. Allen (Anglia) au c?p?tat nu demult o nou? genera?ie: femelelor de catâr li s-au transplantat embrioni de m?gari ?i cai. S-au f?cut deja cercet?ri în domeniul transplant?rii embrionilor de m?gar – cailor ?i a embrionilor de cal – m?garilor ?i s-a dovedit c? în primul caz embrionii mor, iar în cazul al doilea – se dezvolt? normal. Embrionii de opt zile au fost extra?i din iepe ?i m?g?ri?e ?i au fost transplanta?i în uterul femelelor-catâri. Prin inocularea prealabil? a preparatelor hormonale s-a asigurat corespunderea ciclului sexual al donatorilor ?i recipien?ilor, condi?ie necesar? pentru dezvoltarea spornic? a embrionului transplantat. La cei doi mânji ?i la m?g?ru?ul n?scu?i n-au fost observate nici un fel de abateri. «Mamele adoptive» d?deau destul lapte ?i aveau grij? de descenden?ii lor. Astfel s-a ob?inut o na?tere ?i dezvoltare normal? a indivizilor de dou? specii în organismul unui hibrid intergenic. Savan?ii din rezerva?ia natural? «Ascania-Nova» efectueaz? o munc? rodnic? de cre?tere a formelor hibride de animale, lucru ce prezint? un mare interes pentru ?tiin??. Ei au ob?inut numero?i hibrizi, printre care hibrizi de pe urma încruci??rii calului Prjevalschii cu calul domestic, culanului cu calul domestic, zebrei Capman cu calul domestic, zimbrului cu bizonul, zimbrului cu vitele cornute mari, bizonului cu vitele cornute mari, capricornului de Siberia cu capra domestic?, muflonului cu oaia domestic?, g?inii domestice cu fazanul, p?unului cu g?ina domestic? ?. a. Mul?i hibrizi îmbin? tr?s?turi utile ale animalelor domestice, precum ?i ale rudelor lor s?lbatice. Astfel, bun?oar?, prin încruci?area lui zebu cu rasa de vite neagr? b?l?at? cu alb s-a ob?inut o ras? de vite de tip nou cu un randament de 4000 kg de lapte ?i un con?inut de gr?sime de 4,3%. Hibrizii ob?inu?i de la încruci?area iacului cu rasa de vite Simental se caracterizeaz? printr-un randament de lapte destul de înalt, ?i mai ales cu un con?inut de gr?sime de 5,7–7%. Au fost ob?inu?i ?i hibrizi îndep?rta?i ai oilor, încruci?ându-se merino?ii cu arharul s?lbatic; porci din mistre? cu porcii Mari Albi. La or??elul Academiei de ?tiin?e din Novosibirsc au fost ob?inute rezultate interesante în urma hibridiz?rii îndep?rtate a animalelor cu blan? industriabil?. Din hibridizarea dihorului ?i nurc?i s-a ob?inut honoricul. Biologii Iulia Grigorievna ?i Dmitrii Vladimirovici Tarnovschii l-au ob?inut prin încruci?area dihorilor de p?dure cu dihorii de step?, mai apoi a fost încadrat? în procesul de hibridizare ?i nurca european?. Dihorul ?i nurca se deosebesc atât la exterior, cât ?i prin felul lor de via??. Dihorii tr?iesc pe uscat ?i se hr?nesc cu roz?toare, pe când nurca este un animal semiacvatic ?i m?nânc? mai ales pe?te. Honoricul a mo?tenit de la p?rin?ii s?i capacitatea de a înota ?i de a s?pa cu iscusin?? vizuine pe uscat. La exterior el seam?n? cu nurca, are ca ?i ea o blan? m?t?soas? sclipitoare. Important este c? honoricii se înmul?esc bine, fenomen foarte rar în hibridizarea intergenic?. Prin experimente s-au ob?inut aproape trei sute de animale-hibride. Prolificitatea honoricilor o întrece pe cea a nurcii europene ?i a dihorului de p?dure. Ba chiar mai mult, de la honorici se ob?in câte dou? pr?sile pe an, lucru foarte important pentru cre?terea animalelor cu blana industriabil?. Este greu de presupus care ar fi soarta acestei noi specii biologice, |
|
© 2007 |
|