Современная генетика

incomparabil mai scurt, prin diploidizarea acestor plante mutante, se pot

ob?ine noi soiuri de plante culturale cu caractere economice utile.

Ob?inerea haploizilor prin metoda androgenezei ?i utilizarea lor la

selec?ia plantelor are o mare importan??. Оn primul rвnd, pe aceast? cale

se reduce de la 7— 10 pвn? la 1—2 ani timpul necesar pentru ob?inerea

liniilor homozigote. Оn rвndul al doilea, num?rul plantelor experimentale

care trebuie studiate, de regul?, se reduce mult la acest proces. Prin

urmare, volumul total de munc? se reduce brusc ?i ?ansele selec?iei

accelerate, mai exact, a exemplarelor de valoare, sporesc. Aceasta este

principalul оn munca mig?loas? a selec?ionatorului.

Оn ultimul timp se dezvolt? intens o nou? direc?ie оn genetica plantelor

— selec?ia gametic? ?i celular?. La Academia de ?tiin?e a RM a fost creat

un centru interdepartamental de selec?ie gametic? ?i celular?, care va

realiza toate cercet?rile. la nivelul celulei ?i selec?ia prealabil? a

celor mai reu?ite forme recombinate de plante pentru selec?ia continu?.

Оn fa?a colectivului de savan?i se pune o sarcin? dubl?: a l?rgi spectrul

variabilit??ii ereditare a plantelor, apoi a selecta din sursele de gene pe

cele mai de perspectiv?. Prima jum?tate a acestei sarcini savan?ii

moldoveni o realizeaz? pe baza cercet?rilor оn domeniul recombinogenezei —

transmut?rii genelor оn perioada form?rii polenului. Ei reu?esc s? ob?in?

cu ajutorul unor inductori geneticii speciali o mult mai mare variabilitate

decвt chiar dup? efectuarea unor ac?iuni externe puternice: de radia?ie,

chimice, calorice ?. a.

Bogata varietate de genotipuri mai trebuie оns? ?i men?inut?. Acesta este

un lucru foarte anevoios. Mecanismele naturii func?ioneaz? astfel, оncвt

masa principal? de polen cu combin?ri atipice de gene s? nu produc?

descenden??. S-a constatat c? acestui polen i se poate ajuta aplicвnd

substan?e biologic active. La selectarea acestor surse de gene, s-a ?inut

cont de o observa?ie foarte important?, f?cut? de geneticiieni. Dac? оn

perioada poleniz?rii este secet?, gr?uncioarele de polen, purt?toare a

genei rezisten?ei fa?? de ea, au mai multe ?anse de a produce descenden??.

Dac? este foarte frig, se transmit genele rezistente la frig. Astfel se

оntвmpl? aproape cu to?i factorii ne favorabili ai mediului ambiant.

Savan?ii realizeaz? selec?ia artificial? оn camere climaterice speciale,

reproducвnd diferite condi?ii naturale extremale. Оn felul acesta au fost

crescute formele de tomate rezistente la salinizarea solului.

La selec?ia celular? ac?ioneaz? acela?i principiu: la оnceput se induce

variabilitatea, apoi se selecteaz? cele mai reu?ite combin?ri de gene. Dar

aceasta se face de acum cu celulele obi?nuite, care fac parte din anumite

?esuturi ale plantelor — frunza, tulpina, r?d?cina.

Оn prealabil cu ajutorul unor solu?ii chimice speciale ei sunt adu?i оn

stare «de suspensie», adic? celulele оncep s? tr?iasc? separat unele de

altele. Apoi din celule aparte se formeaz? plante оntregi cu caractere

ereditare programate оn prealabil. Astfel savan?ii moldoveni au ob?inut

tomate rezistente la varia?ii considerabile de temperatur?.

12.2 Industria celulelor vegetale

De multe ori celulele care au fost crescute un timp оndelungat оn afara

organismului plantelor о?i men?in capacitatea de a sintetiza substan?ele

active (alcaloizii, hormonii, fitoncizii, uleiul eteric ?. a.), pe care ele

le produc оn plant?. Оnseamn? c? pentru a ob?ine aceste produse de valoare

celulele vegetale pot fi cultivate оn aparate speciale. Astfel, оn

industria microbiologic? ciupercile microscopice ?i bacteriile produc

vitamine ?i antibiotice. Aceasta este deosebit de important оn cazurile

cвnd materia prim? vegetal? necesar? este pu?in accesibil? (plantele

tropicale, speciile rare sau pe cale de dispari?ie) sau se cultiv? greu.

Cultivarea celulelor trebuie s? se foloseasc? оn industrie la fel de larg

ca ?i microorganismele.

Celulele vegetale оns? nu sunt bacterii. Mult timp experien?ele de

cultivare a lor оn medii artificiale e?uau. S-a constatat c? celulele

plantei, care au determinat deja apartenen?a lor la diferitele ei p?r?i,

pierd 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 оn?eles c? experien?ele cu ?esuturi specializate sunt

inutile. ?i au hot?rвt s? fac? experimente cu celulele ce formeaz?

оmpreun?ri de ?esuturi оn 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?? оn condi?ii artificiale. Оn continuare s-a constatat

c? оn mediul nutritiv poate fi pus un fragment de ?esut ?i peste cвteva

zile оn locul t?ieturii (r?nii) va apare o suprapunere amorf? de ?esut, a

c?rei celule se vor dezvolta apoi оn retorte sau epruvete, ca o mas? ne

organizat? ce cre?te repede. Оn 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 oricвnd ?i mutat оntr-un

mediu nutritiv proasp?t. Astfel via?a plantei va continua la infinit. Оn

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?, оns?,

cu o plant? оntreag?, care poate s? se asigure singur? cu substan?e

organice, formвndu-le оn procesul fotosintezei. Atunci cвnd pentru ele se

creeaz? medii nutritive speciale, trebuie s? se ?in? cont nu numai de

componen?ii pe care planta оi 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.

Оn prezent a fost acumulat? o experien?? bogat? de cre?tere a ?esuturilor

diferitelor plante: tutunului, bradului, tomatelor, l?mоiului, 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 оn

natur?. Prezint? interes оn primul rвnd substan?ele folosite оn industria

alimentar?, medical? ?i parfumerie. Activitatea fiziologic? a acestor

culturi este foarte оnalt? ?i permite elaborarea de tehnologii rentabile.

Оn 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 оntreprinderi la care оn vase speciale sunt cultivate

celule de plante, ale c?ror rezerve оn lume sunt limitate sau se epuizeaz?.

Din ele fac parte оn primul rвnd 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?spвndire o au

rezerpina ?i aimalina, necesare pentru tratamentul bolii hipertonice — ele

scad tensiunea arterial?. Rauvolfia este o plant? tropical?. Din cultura

celulelor ei, оns?, ace?ti alcaloizi se ob?in la noi оn ?ar?. Este

interesant c? celulele cultivate con?in mai bine de dou? ori mai mult?

aimolin? decвt celulele plantelor оntregi, ?i aceast? substan?? poate fi

ob?inut? pe parcursul оntregului an. C?ci pentru cre?terea celulelor «оn

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 оn 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 оn

parfumerie. La fel de bine se ?tie, оns?, c? gen?enul s?lbatic cre?te

foarte оncet — оntr-un an spore?te cu 1 gram. Оn eprubet? celulele lui

formeaz? repede o mas? biolojic? mare: оn 21 de zile — aproape 100 de grame

la un litru de mediu nutritiv. Aceste celule sintetizeaz? aceea?i

panaxozizi ca ?i planta. Оn laboratoarele fabricilor din industria

microbiologic? s-a оnceput deja producerea artificial? a gen?enului. ?i

primele «livr?ri industriale» оi bucur? pe savan?i. Academicianul C. A.

Ovcinicov indic? c?, datorit? eforturilor enorme depuse de «vвn?torii de

gen?en», industria medical? produce anual 250—300 kg de extract al

r?d?cinii-minune, pe cвnd оntreprinderile specializate de acum оn primul an

de produc?ie industrial? au fabricat aproape 5 tone de acest extract.

Experimentele biologice arat? c? nu exist? nici o deosebire оntre

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 оn 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 оn

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 оn viitor crearea unor cloni

supraproductivi prin metodele ingineriei celulare.

Avantajul esen?ial pe care оl prezint? ob?inerea produselor de valoare

prin intermediul culturilor celulare const? оn faptul c? recoltele nu sunt

limitate de timp, sezon ?i clim?.

Culturile celulare au fost оnc? 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 оnalt?. ?i оnc? 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 оnc?

оn natur?. Primele оncerc?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 оntr-un produs activ.

Precum vedem, industria celulelor vegetale se afl? la оnceput de cale. De

ea ?in, оns?, multe orient?ri de perspectiv? оn domeniul cercet?rilor ?i,

nu оncape оndoial?, c? are un mare viitor.

12.3 Hibridarea celulelor somatice ?i ob?inerea hibrizilor asexua?i

Hibridizarea este un fenomen foarte r?spвndit оn natur?. To?i indivizii

de aceea?i specie se оncruci?eaz? liber оntre ei ?i dau o descenden??

fecund?. Deaceea putem alege pentru оncruci?are reprezentan?i ai

diferitelor linii, care se deosebesc dup? anumite caractere de valoare,

pentru a-i оmbina оn descenden?a hibrid?. Aceast? оncruci?are оntre

diferitele linii de plante ale aceleia?i specii poart? numele de

hibridizare intraspecific?. Ea se produce mereu оn natur?. Mult mai rar se

оncruci?eaz? plantele ce apar?in la diferite specii ?i cu atвt mai pu?in la

diferite genuri, iar dac? aceasta se оntвmpl? , ace?ti hibrizi оndep?rta?i

sunt sterili.

Totodat?, hibridizarea оndep?rtat? este unica metoda eficace prin

intermediul c?reia se realizeaz? cu succes «ingineria selec?ionar?» a

plantelor. Perspective deosebit de largi se deschid оn fa?a hibridiz?rii

оndep?rtate la оncruci?area plantelor culturi cu cele s?lbatice, cвnd

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? оn limitele unei specii nu apare nimic

nou оn principiu, la hibridizarea оndep?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» оn

continuare, crea noi specii, variet??i ?i soiuri.

Precum se ?tie, оn 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 grвului moale con?in 21 de cromozomi, ale

grвului 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? cвte 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 оnv??at s? manipuleze dup? dorin?a lor cromozomii, s?

m?reasc? sau s? reduc? garniturile de cromozomi ale celulelor. Оn 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? оntr-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 оn practica selec?iei plantelor. Nu оncape

оndoial? 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. Оns?, 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, decвt cel

al grвului. Selec?ionatorii ?i-au pus drept scop s? оncruci?eze grвul cu

secara ?i s? ob?in? o cultur? cerealier? absolut nou?. Se prevedea unirea

оntr-o singur? plant? hibrid? a celor mai bune caractere ale grвului ?i

ale sec?rii.

Acest hibrid intergenic (el a fost numit triticale — de la оmbinarea

cuvintelor latine triticum— grвu ?i secale — secar?) se ob?ine prin

оncruci?area grвului cu secara, dublвndu-le оn continuare garnitura de

cromozomi la hibrid, tratвnd celulele lui cu alcaloidul colhicina. Astfel

cromozomii de grвu ?i secar? devin dubli ?i restabilesc fertilitatea

triticalei.

Triticale este primul gen de plant? ob?inut оn mod artificial, avвnd o

mare valoare practic?. Оn diferite ??ri s-au ob?inut de acum multe varia?ii

ale acestor plante. Cele mai frumoase rezultate оn acest domeniu le-au

ob?inut V. Pisarev, A. ?ulвndin ?i N. ?i?in оmpreun? cu colegii lor.

Deosebit de valoros s-a dovedit a fi triticale cu 42 de cromozomi (dintre

care 28 de grвu ?i 14 de secar?).

Оn ce const? valoarea triticalei? Cele mai bune soiuri ale acestei

culturi de peste hotare dau tot atвtea gr?un?e ca ?i grвul de toamn? moale,

dar ele se deosebesc printr-un con?inut sporit de protein?, prin оnalte

propriet??i de panifica?ie a f?inii. Afar? de aceasta, triticale este mai

rezistent? la boli decвt grвul. Gr?un?ele ei con?in mai mult aminoacid

indispensabil — lizin?, cu toate c? aceast? cultur? оnc? nu ocup? terenuri

mari, mul?i savan?i consider? c? anume triticalele sunt pвinea viitorului.

Se presupune c? recolta celor mai bune din formele ei va fi оn mediu de

70—80 centale la hectar.

Academicianul N. V. ?i?in a emis o alt? idee neobi?nuit?: de a оncruci?a

grвul cu du?manul lui оnr?it — cu pirul. De ce oare savantul a ales din

atвtea plante tocmai buruiana a c?rei numire оn traducere din latin? e

«pojarul cвmpurilor». Acest gramineu s?lbatic posed? multe propriet??i de

valoare, pe care n-ar strica s? le aib? grвul. 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 decвt cele mai bune soiuri de grвu.

Ob?inerea hibrizilor de grвu-pir (HGP) nu numai c? este un lucru

complicat, dar mai necesit? ?i un volum mare de munc?. Primul mare obstacol

este, precum оn 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 grвu, apoi izoleaz? spicul, iar peste dou?-trei zile

pun pe stigmatul grвului polenul de pir. Toamna apar ni?te semin?e

pl?pвnde, mici, care nu seam?n? nici cu grвul, nici cu pirul. Anul urm?tor

ele se seam?n? ?i cresc plante noi. Sunt sterile, оn anterele lor aproape

nu se formeaz? polen. Florile hibridului trebuie deja poleniza-te cu

polenul grвului. 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 grвului sau e ceva оntre grвu

?i pir. Hibrizii de genera?ia a treia au multe spice de tipul grвului, dea-

ceea оn continuare se selecteaz? numai plantele necesare.

Pe baza hibrizilor de grвu-pir au fost create multe soiuri de perspectiv?

de grвu 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 оncruci?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 decвt celelalte soiuri de grвu. Numai cu un procent. Pare

pu?in. De fapt, оns?, 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: grвu, pir ?i secar?. Aceast? оmbinare intensific?

caracterul multianual al soiurilor de grвu multianual din contul sec?rii

multianuale.

Celulele somatice ale acestor hibrizi «tripli» con?in cвte 35 de

cromozomi: 7 — de secar? de la hibridul multianual de secar?, 7 — de pir de

la pirul multianual ?i 21 — de grвu de la grвul multianual, Aceste plante

sunt puternice, formeaz? cвte 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 оncruci?are оndep?rtat? a grвului

cu graminee s?lbatice (cu elimus), pentru a ridica brusc productivitatea

formelor hibride. Dup? оncruci??ri complicate ?i оn multe etape ale

elimusului moale cu grвul tare ?i grвul 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 оn

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% оn compara?ie cu

12—15% la soiurile obi?nuite de grвu, iar gluten brut оn f?in? — aproape

50—55%. Din aceast? f?in? se coace pвine de calitate оnalt?, asem?n?toare

cu cea coapt? din f?in? de grвu.

Putem afirma c? datorit? metodelor de hibridizare interspecific? a fost

creat? оnc? o cultur? nou?, care оn 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 оndep?rtate sunt cu adev?rat

nelimitate.

O direc?ie foarte interesant? ?i de perspectiv? a cercet?rilor оn 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 оnc? оn anul 1956 cu ajutorul razelor rentghen un fragment de

cromozom al gramineului s?lbatic eghilops оn cromozomul grвului, asigurвnd

astfel grвului gradul de rezisten?? fa?? de rugina neagr? a frunzelor

proprii plantei s?lbatice.

Оn ultimul timp la «construirea» plantelor o importan?? tot mai mare o au

cercet?rile cu protopla?ti izola?i. Оn acest domeniu savan?ii din fosta

URSS au ocupat cele mai avansate pozi?ii оn 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 оn

majoritatea cazurilor ei sunt separa?i din frunzele verzi. La оnceput

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?mвne оnv?luit оntr-o membran? sub?ire plazmatic?.

Sunt celulele «goale» sau protopla?tii.

Dup? izolare protopla?tii sunt transfera?i оntr-un mediu solid — оn

geloz?, unde peste cвteva ore оncepe s? se formeze peretele celulei. Prima

diviziune a celulelor noi оncepe, de obicei, peste 3—5 zile, a doua — peste

o s?pt?mвn?, iar peste оnc? o s?pt?mвn? se formeaz? aglomera?ii de celule,

apoi apare ?i callusul.

Pentru ca planta s? regenereze, celulele de callus se tranefer? оntr-un

mediu cultural special, care contribuie la diferen?ierea organelor. Оn

ultimii ani, din protopla?tii izola?i au fost ob?inute plante de tutun,

morcov, grвu, maz?re, vi??-de-vie ?. a.

Pentru regenerarea unei plante оntregi de tutun din protopla?ti e nevoie

de 7—10 s?pt?mвni.

Cultivarea protopla?tilor prezint? un mare interes pentru ingineria

genetic?. Оn primul rвnd, pentru c? cu ajutorul lor se pot оnmul?i repede

exemplare оntregi de plant?, deoarece din fiecare celul? se poate ob?ine un

оntreg 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?.

Оntreaga descenden?? ob?inut? din protopla?tii unei singure plante este

identic? din punct de vedere genetic, de aceea aceast? metod? de оnmul?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 оnmul?irea

sexuat? obi?nuit?.

Оn rвndul 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? оn des. 28.

Esen?a acestei tehnologii const? оn faptul c? drept materie ini?ial? de

construc?ie se utilizeaz? nu celulele sexuale, ci celulele somatice. Dup?

ce se оndep?rteaz? de pe ele membranele dure, acestea sunt silite s? se

contopeasc?. Din celulele hibride, ap?rute оn urma contopirii, se ob?in

apoi plante hibride.

Protopla?tii, datorit? lipsei membranei de celuloz?, pot s? se

contopeasc? singuri оntre ei sau acest proces se produce оn prezen?a unor

agen?i chimici, bun?oar? a polietilenglicolului. Dup? contopirea celulelor

urmeaz? contopirea nucleelor lor, apoi, оn cвteva zile, se restabile?te

membrana celular? comun? ?i, оn sfвr?it, celula hibrid? оncepe s? se

divizeze.

Оn anul 1972 un grup de savan?i americani, оn 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: оn 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, оn frunte cu E. Cocching, au ob?inut оn anul

1987 plante hibride prin оncruci?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, оn frunte cu R,

Butenco, au ob?inut hibrizi somatici din оncruci?area a dou? soiuri de

tutun, iar, datorit? muncii оn 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 оn trei

etape. La оnceput, 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 оnmul?irea unor celule

hibride aparte оn condi?iile cultiv?rii sterile оn 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. Оn

sfвr?it, оn etapa a treia, schimbвnd 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 оntregi cu

r?d?cini, l?stari ?i flori. Dar plantele оnflorite ale arabidobrassicii nu

erau capabile de polenizare. Reproducerea ?i оnmul?irea lor este posibil?

numai pe cale vegetativ? оn condi?iile cultiv?rii ?esuturilor.

Cercet?rile оn domeniul ingineriei celulare a plantelor au atins stadiul

cвnd se poate vorbi despre utilizarea acestei noi metode de hibridizare la

selec?ionarea practic? a plantelor, cu toate c? оn acest caz n-au fost

studiate оnc? definitiv particularit??ile principale ale «comportamentului»

genelor, a fost dovedit c? hibridizarea somatic?, spre deosebire de cea

sexual?, l?rge?te mult limitele оncruci??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 оn 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? оntre speciile cultivate ?i cele s?lbatice. Tot a?a se

оntвmpla ?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?.

Оn cursul ultimilor ani s-au ob?inut celule hibride prin contopirea

protopla?tilor ?i оncruci?вnd reprezentan?ii unor specii foarte

оndep?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 оnc? plante оntregi.

Hibridizarea celulelor somatice, оn afar? de solu?ionarea problemelor

practice, deschide posibilit??i absolut noi оn ce prive?te studierea unei

astfel de probleme ?tiin?ifice fundamentale, precum este interac?iunea

оntre nucleu, citoplasm? ?i organitele celulei. Pвn? nu demult оnc?

selec?ia ?i genetica nu aveau posibilitatea de a reconstrui genele

organelelor citoplasmei, deoarece prin оncruci?area obi?nuit? ele se

mo?tenesc numai de la mam?. Fiind lipsite de genele citoplasmitice ale

organismului patern, оntre 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 оntвia 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 оn selec?ia

plantelor cultivate.

Ca оnceput al ingineriei genice a plantelor poate fi considerat?

descoperirea vectorului natural al plazmidei mari оn 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 оn ?esutul v?t?mat nimeresc bacteriile A.

tumefaciens.

Оn 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? оn bacteria de sol оnrudit?

(Argobacterium rhizogenes) formeaz? temelia vectorului ce transport?

informa?ia genetic? str?in? оn celulele plantelor.

Plazmidele Ti se afl? numai оn celulele bacteriilor. Dup? ce p?trund оn

celulele vegetale, se produce inserarea unei p?r?i a ADN-ului plazmidic cu

ADN-ul cromozomic al noului st?pвn.

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 оmpreun? cu colaboratorii s?i pe baza

protopla?tilor frunzelor de tutun. Оn prealabil a fost оndep?rtat? cea mai

mare parte a membranei celulare cu ajutorul unor fermen?i speciali.

Protopla?tii ob?inu?i оn modul acesta erau transforma?i activ de c?tre

plazmida Ti.

Folosirea Ti — plazmidei оn calitate de vector pentru transferul genelor

оn celulele vegetale ofer? posibilitatea de a regenera plante оntregi din

celule separate, ce con?in ADN str?in. Pe aceast? cale оn anul 1985

savantul japonez M. Norimoto a reu?it s? transfere gena fazeolinei

(proteinei de rezerv? a boabelor de fasole) оn celulele florii-soarelui ?i

a tutunului. Aceast? gen? ?i-a men?inut capacitatea de a se replica оn

celulele str?ine, оn ele se sintetiza оn cantit??i mari ARNi ?i оns??i

fazeolina.

Un fenomen asem?n?tor a fost observat ceva mai оnainte (anul 1977) de un

grup de savan?i de la Universitatea din Wa?ington. M. Drumand, M. Gordon ?.

a. au stabilit c? оn caz de interac?iune a plazmidei Ti cu celulele

?esutului de tutun se produce transferul unui fragment de plazmid? din

celula bacterial? оn celula vegetal?, urmat? de copierea lui оn celulele

tumorii. A fost prima m?rturie clar? a posibilit??ii transcrierii оn

celulele ?esutului vegetal a ADN-ului de origine bacterial?.

Оn 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 оnsu?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

оngr???mintelor minerale, capacitatea de a absorbi azotul liber din aer ?i

multe altele. Atвt оn ?ara noastr?, cвt ?i peste hotare se efectueaz?

cercet?ri rodnice оn aceast? direc?ie.

La оnceputul deceniului al nou?lea savan?ii australieni au reu?it s?

transplanteze genele din bacterii оn celulele tomatului, iar biologii

englezi — оn celulele paltinului.

Lucr?ri analoge au fost realizate оn 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 оn

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 оn cel al st?pвnului, iar cвnd p?r?se?te celula bacteriei, duce

cu ea cвteva din genele ei — operonul lactozic.

Pentru experien?? a fost ales anume tutunul, pentru c? unele din celulele

lui cresc bine оn cultura de laborator ?i din ele se poate cre?te relativ

u?or o plant? оntreag?. Experien?a a decurs оn felul urm?tor: оn unele vase

se cre?teau celule de tutun, оn 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 оntr-un mediu cu temperatura

mai оnalt? (42°CE). Оn aceste condi?ii fagii parc? fac celula s? explodeze,

se arunc? din ea, duc cu ei un fragment de ADN al st?pвnului — operonul

lactoz?.

Dup? aceasta fagii оnc?rca?i cu gene str?ine sunt separa?i din cultura

de colibacili ?i adu?i оn cultura celulelor de tutun. Peste un anumit timp

оn celulele de tutun spore?te cu mult activitatea fermentului —

galactozidaza. Оnseamn? c? a оnceput s? func?ioneze operonul lactozic.

Sinteza fermentului bacterial оn celulele tutunului se produce tot mai

activ ?i spre sfвr?itul s?pt?mвnii a treia spore?te оn compara?ie cu

оnceputul 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, оns? de mare importan?? practic?.

Boabele de grвu con?in pu?ini aminoacizi indispensabili — triptofan a c?rui

cantitate (?i оnc? a unui aminoacid indispensabil — lizin?) determin?

valoarea proteinei celulei vegetale. Aici programul de sintetizare este

оmprumutat de la aceea?i bacterie a colibacilului: ADN-ul ei con?ine ?i

operonul triptofanic — un complex alc?tuit din cinci gene оn care se afl?

codificat un ferment ce sintetizeaz? triptofanul. Dac? acest operon este

luat din bacterie ?i transferat оn ADN-ul grвului, apoi оn urma acestei

opera?ii de inginerie genic? grвul se оmbog??e?te cu triptofan. Primele

cercet?ri ne inspir? speran?a c? оn 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? оn celula tutunului. ?i ce crede?i? Cвnd

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? оn domeniul ingineriei genice ?i

celulare este transferarea оn celula plantei a genelor responsabile pentru

оnsu?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, оntre care rolul principal оi apar?ine

nitrogenazei. Toate celelalte organisme nu dispun de aceste gene. De aceea

plantele care se scald? оn azot ?i sunt «оmbibate» 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 оn

form? de compu?i chimici. ?i nu-i deloc оntвmpl?tor c? pentru a ob?ine

recolte maximale omenirea a creat o puternic? industrie de оngr???minte de

azot ?i este nevoit? s? cheltuiasc? оn aceste scopuri multe resurse

materiale.

Dar exist? ?i plante capabile s? оnfrunte оntr-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 оn urma

simbiozei cu bacteriile.

La оnceput savan?ii au оncercat 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?.

Оn cultura ?esutului de morcov se insera tulpina bacteriei de nodozit??i

(Azotobacter vinelandi) care nu poate cre?te f?r? adenin?. Оn 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 оntr-un mediu f?r? azot, pe care peste cвteva

luni au crescut ni?te culturi capabile s? creasc? оncet оn cursul unui an

?i jum?tate. Culturile de control (f?r? azotobacterii) n-au crescut deloc

оntr-un astfel de mediu.

Colaboratorii Institutului de biologie ?i genetic? molecular? a A?

Ucrainene au ob?inut o simbioz? asem?n?toare. Оn acest scop ei au folosit

un alt gen de bacterii fixatoare de azot —Rhizobium, precum ?i celule de

tutun ?i de grоu. Ei au amestecat celulele bacteriene ?i vegetale, ?i peste

un timp oarecare s-au convine c? оn celulele de tutun ?i de grвu au p?truns

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16