|
|
ОглавлениеВведение. Глава 1. Актуальные проблемы современной защиты растений Глава 3. Основы иммунитета растений Глава 4. Физиологические эффекты фунгицидов и гербицидов Глава 5. Арбускулярные микоризы Глава 6. Вредители и устойчивость растений Глава 7. Селекция сортов на устойчивость к болезням и вредителям Глава 8. Нарушения физиологических процессов у растений, пораженных неинфекционными болезнями Глава 10. Селекция на устойчивость к неинфекционным заболеваниям Указатель названий болезней и возбудителей Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГлава 7. Селекция сортов на устойчивость к болезням и вредителямСелекция сортов, особенно обладающих комплексной устойчивостью, с использованием методов классической селекции — весьма длительный процесс. Согласно расчетам, для выведения устойчивых сортов (гибридов), например кукурузы, условно необходимо затратить 65 человеко-лет, пшеницы — 51, хлопчатника — 46, овощных культур — 35, картофеля — 20, овса — 12. Поэтому в последнее десятилетие большие надежды возлагаются на биотехнологические подходы. Рассмотрим некоторые из них применительно к важнейшим полевым культурам. 7.1. ПшеницаУстойчивость к грибным болезням. Интродуцирование в пшеницу двух кДНК, кодирующих, соответственно, антигрибной белок из гриба Aspergillus giganteus и хитиназу II класса из ячменя, привело к тому, что в результате гетерологической экспрессии грибного гена afp и гена хитиназы II ячменя образование колоний и, соответственно, распространение двух важных грибных болезней ингибировалось на 40–50% при плотности инокулюма 80–100 спор/см2. Для повышения устойчивости к грибным патогенам с помощью фитоалексинов в мягкой пшенице были экспрессированы два гена ресвератрола – vst1 и vst2 – из растений винограда. Полученные трансгенные линии обнаружили снижение симптомов поражения бурой листовой ржавчиной (возбудитель — Puccunia reconditа) на 19 и 27% соответственно, по сравнению с дикой формой (Serazetdinova et al., 2005). Конститутивная экспрессия гена антимикробного белка Ace-AMP1 с целью повышения устойчивости пшеницы к грибным болезням показала увеличение устойчивости к B. graminis на 50% (Roy-Barman et al., 2006). При этом содержание Ace-AMP1 в различных трансгенных линиях коррелировало с уровнем транскриптов трансгенов. В колосьях трансформанта отмечено также повышение уровня салициловой кислоты и транскриптов генов фенилаланин-аммиаклиазы, глюконазы и хитиназы, что указывает на проявление системно-приобретенной устойчивости (SAR). С целью повышения устойчивости яровой пшеницы к фузариозу ее трансформировали с помощью генов хитиназы и β-1,3-глюканазы (Anand et al., 2003). Трансгенные растения обнаружили замедление распространения болезни в условиях теплицы. Однако ни одна из 20 трансгенных линий не показала полевую устойчивость к фузариозу на мощном инфекционном фоне. Ген AtNPR1 от арабидопсиса при экспрессии в пшенице, восприимчивой к фузариозу колоса (FHB), обеспечивал хорошо наследуемую устойчивость к данной болезни (Makandar et al., 2006). Отмеченное повышение устойчивости трансформанта связано с более быстрой активацией защитных реакций, что указывает на возможную роль NPR1 в качестве гена-кандидата, контролирующего FHB. Показано также повышение устойчивости трансгенной пшеницы к мучнистой росе (Zhao et al., 2006). Устойчивость к вирусам. Было предпринято несколько попыток создания трансгенной пшеницы, устойчивой к вирусным заболеваниям. Трансформация незрелых зародышей пшеницы геном репликазы для повышения устойчивости к вирусу полосатой мозаики (SMV) (рис. 47) обнаружила разную степень устойчивости (Sivamani et al., 2000). Однако полевые испытания не показали разницы по устойчивости между трансгенными растениями и исходными формами (Sharp et al., 2002). Для создания трансгенной пшеницы, устойчивой к вирусам, ген rnc70, кодирующий мутантную бактериальную рибонуклеазу III, был внедрен в пшеницу (Zhang et al., 2001). Трансгенные растения оказались более устойчивыми к инфицированию вирусом полосатой мозаики. Однако коммерческих сортов пшеницы, устойчивых к вирусам, до сих пор не создано. Из других направлений работы можно назвать начатые в Великобритании два года назад многолетние полевые испытания устойчивой к тле ГМ-пшеницы, преобразованной с помощью введения одного или двух синтетических генов, кодирующих феромон опасности для тли и аттрактант для ее естественных врагов — запах мяты перечной, который не улавливается обонянием человека. В Институте биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН уже несколько лет идет работа по созданию методами генной инженерии сортов мягкой и твердой пшеницы, устойчивых к клопу-черепашке. Достаточно сказать, что содержание в товарных партиях более одного процента зерен, поврежденных клопом-черепашкой (рис. 48), позволяет зарубежным покупателям российской продовольственной пшеницы арестовывать партии и требовать скидки до десяти долларов и более с каждой поставляемой тонны зерна. В результате российские экспортеры зерна теряют до 500 млн долларов в год. Потребность российского рынка в семенах устойчивой к клопу пшеницы составляет около 1,4 млн тонн в год. 7.2. КукурузаУстойчивость к вредителям. В ближайшие годы одним из основных объектов исследований западных компаний, создающих ГМ-растения, будет оставаться районирование Вt-сортов и гибридов, одновременно устойчивых и к гербицидам, и к вредителям, т. е. реализация так называемого стекерного принципа. Совмещение этих двух признаков в одном культурном растении привлекательно как с точки зрения защиты агроценозов от вредных организмов, так и в коммерческом отношении. Наряду с этим на сельскохозяйственном рынке США уже появились гибриды кукурузы, несущие одновременно два различных Вt-гена: cry-1аb и cry-Зbb. Подобные сорта обеспечивают эффективную защиту посевов зерновой кукурузы от двух опаснейших вредителей — представителей разных отрядов насекомых: кукурузного жука-диабротики (Diabrotica ssрр.) и кукурузного стеблевого мотылька (Ostrinia nubilalis, рис. 49). Еще одна перспективная стратегия трансгенеза заключается в комбинировании в трансгенике (растении-реципиенте) таких двух генов, продукты которых направлены против одного и того же фитофага, но обладают разным механизмом инсектицидного действия. В частности, хлопчатник (сорт Bollgard ІІ) c двумя целевыми генами cry-1ас и cry-2аb максимально защищен от чешуекрылых вредителей. Инсектицидное действие Вt-ГМР (в частности, Вt-кукурузы) в отношении чешуекрылых фитофагов обязано кристаллическому белковому дельта-эндотоксину Сrу-1Аb (м. м. –134 кД), биосинтез которого в растении кодируется целевым геном cry-1аb. Этот препаративный белок в промышленных масштабах вырабатывается путем культивирования почвенной энтомопатогенной грамположительной спорообразующей бактерии Bacillus thuringiensis ssp. Kurstaki (патовар А Вt). В мире идентифицировано свыше 100 генов штаммов Вt, принадлежащих различным серотипам и продуцирующих Сrу-белки. Все описанные гены дельта-эндотоксинов объединяются в пять групп (от сrу1 до сrу5) на основании гомологии в аминокислотных последовательностях и инсектицидной активности кодируемых ими белков (Соколов и Марченко, 2011). Продуцируемые бактерией энтомоцидные Сrу-белки (протоксины) в условиях щелочной среды в кишечнике хозяина расщепляются протеазами до токсинов (активный Сrу1Аb-токсин имеет м. м. ~ 63 кД, устойчив к действию трипсина и других сериновых протеаз кишечника, но быстро гидролизуется в желудочном соке, содержащем пепсин). Энтомотоксин связывается со специфическими рецепторами клеточных мембран насекомого (имеющимися только у представителей отряда чешуекрылых Lepidoptera), внедряется в мембрану клетки и образует в ней поры. В результате осмотического дисбаланса поврежденные клетки лизируются, эпителий кишечника разрушается. При длительном спорулировании непрерывно продуцируемый бактериями эндотоксин вызывает паралич и гибель насекомого-хозяина. Вt-кукуруза — вторая по посевным площадям в мире (после хлопчатника) ГМ-культура, которая эффективно защищена Сrу-белком от важнейших вредителей отряда чешуекрылых. Ее производство (как и других Вt-ГМР) в Российской Федерации может быть санкционировано лишь после того, как будут доказаны экологическая безопасность и безвредность ее производственных посевов. При этом должно быть убедительно продемонстрировано, что, во-первых, не нарушается биоразнообразие агроландшафта, во-вторых, что сохраняются его функциональные генетические ресурсы. 7.3. РисПосле первого сообщения об устойчивом к насекомому трансгенном рисе (Fujimoto et al., 1993) была создана трансгенная линия риса iR58 (индийский подвид), экспрессирующая синтетический ген cry1Ab, который обеспечивал устойчивость к нескольким насекомым-вредителям (Wunn et al., 1996). Затем в трех сортах риса удалось экспрессировать ген pin 2 ингибитора протеазы картофеля для обеспечения устойчивости к главному вредителю риса — стеблевому точильщику. В последующем рис был трансформирован с помощью генов cry IAb и cry IAc, созданы трансгенные формы, устойчивые к разным видам точильщиков (Cheng et al., 1998). Первые полевые опыты с трансгенным рисом на основе Bt были проведены в 2000 году, и они показали высокую устойчивость к указанным вредителям без снижения урожайности (Tu et al., 2000). Тогда же были проведены испытания китайской трансгенной линии риса KMD1 (японский подвид), устойчивой к восьми вредителям (Shu et al., 2000). KMD1 и связанные с ней другие трансгенные линии использовались также в качестве устойчивой к насекомым зародышевой плазмы для создания гибридного риса (Wang et al., 2002). По экспертным оценкам, трансгенный рис на основе Bt снижает потери урожая риса от вредителей на 10%. Для обеспечения более широкой и продолжительной устойчивости к насекомым-вредителям оказались эффективны сочетания Bt c другими инсектицидными генами растительного происхождения, кодирующими лектины и ингибиторы протеаз (Sharma et al., 2004; Bajaj and Mohanty, 2005). Внимание! Авторские права на книгу "Патофизиология сельскохозяйственных культур. Учебное пособие" (Кошкин Е.И.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
