Гибридные и семена GM
ГИБРИДНЫЕ СЕМЯН
Гибрид создается, когда два генетически разных родительских растения одного и того же вида подвергаются перекрестному опылению. Во время опыления пыльца от самца оплодотворяет гаметы из женских яичников для производства семян потомства. Генетический материал из мужских и женских растений объединяется, чтобы сформировать так называемые гибридные семена первого поколения (F1).
В природе:
Цветковые растения развили различные механизмы, чтобы произвести потомство с различными генетическими признаками для большей вероятности выживания в изменяющихся условиях.
Dicliny - это появление однополых (в отличие от гермафродитов) цветов. Двудольные растения несут мужские и женские цветки на отдельных растениях (в отличие от одноступенчатых, которые носят как на одном и том же растении). Это заставляет перекрестно опылять.
Дихогамия - это временное различие в зрелости пыльника и стигмы (мужские и женские репродуктивные органы соответственно), что снова способствует перекрестному опылению. Пропандрий относится к исчезновению (созреванию) пыльника до того, как стигма становится восприимчивой, в то время как протогиния может рассматриваться как противоположный сценарий.
Само-несовместимость (отказ от пыльцы с одного и того же растения) и геркогамия (пространственное разделение пыльников и стигмы) гарантирует, что самооплодотворение будет устранено.
Самосогласованность делится на гетероморфные и гомоморфные типы. Растения с дистальным (2 типа цветов) или тристильными (3 типами) гетероморфными цветами демонстрируют видимые различия в репродуктивных структурах между каждым типом. Только цветы разных типов совместимы для опыления из-за стигмы и высоты стиля. Гомоморфные цветы, хотя морфологически одинаковые (по внешнему виду), имеют совместимости, контролируемые генами. Чем больше генетическое сходство между пыльцой и яйцеклетки (женские гаметы), тем более вероятно, что они будут несовместимы для оплодотворения. [I]
Коммерческое использование:
Хотя гибридизация происходит естественным образом, она может контролироваться селекционерами растений для разработки растений с коммерчески желательной комбинацией признаков. Примерами являются устойчивость к вредителям, заболеваниям, порче, химическим веществам и экологическим стрессам, таким как засуха и мороз, а также улучшение урожайности, внешнего вида и профиля питательных веществ.
Гибриды производятся в низкотехнологичных средах, таких как покрытые поля или теплицы. Примерами новых культур, которые существуют только как гибриды, являются канола, грейпфрут, сладкая кукуруза, дыня, бессемянные арбузы, тангелос, клементины, априумы и плуты. [ii] Гибридные культуры были исследованы в США в 1920-х годах, а к 1930-м годам широко использовалась гибридная кукуруза. [iii]
Гибридизация возникла из теорий Чарльза Дарвина и Грегора Менделя в середине 1800-х годов. Самый первый метод, применяемый фермерами, известен как кукуруза, где пыльца растений кукурузы убирается и высаживается между рядами отцовских растений, обеспечивая опыление только от пыльцы отца. Таким образом, семена, собранные с материнских растений, являются гибридами. б Ручное удаление мужских органных структур растения известно как ручная эвакуация.
Сексуальная модификация - это еще один метод, применяемый фермерами для направления селекции растений. Выражение пола можно контролировать, изменяя такие факторы, как питание растений, воздействие света и температуры и фитогормоны. Растительные гормоны, такие как ауксины, эфир, эртфоны, цитокинины и брассиностероиды, а также низкие температуры, вызывают сдвиг в отношении женского пола. Гормональные обработки гиббереллинов, нитрата серебра и фталимида, а также высоких температур, как правило, благоприятствуют развитию малярии. я
Патентование и экономические проблемы
Генерация F1 - это уникальное разнообразие, которое при скрещивании с собственным поколением для производства серии F2 приведет к появлению новых генетических комбинаций родительской ДНК. По этой причине семена F1 дают своим производителям права на патентование, поскольку одно и то же семя приходится покупать каждый год для посадки.
Хотя выгодные гибридные семена слишком дороги для использования в развивающихся странах, поскольку стоимость семян сочетается с требованием дорогой техники для фертигации и применения пестицидов. Зеленая революция, кампания, направленная на распространение использования гибридных семян для увеличения производства продуктов питания, на самом деле экономически вредна для сельских фермерских общин. Высокие затраты на техническое обслуживание вынудили фермеров продать свою землю агробизнесам, увеличив разрыв между богатыми и бедными.
GM SEEDS
Рекомбинантная ДНК-технология включает сплайсинг вместе генов организмов, даже от разных видов (которые никогда не могут размножаться в природе), приводя к «трансгенному» организму. Вместо сексуального размножения используются дорогие лабораторные методы для создания генетически модифицированного организма или «ГМО». б
Методы:
Джин-пушки являются наиболее распространенным методом введения чужеродного генетического материала в геномы однодольных культур, таких как пшеница или кукуруза. ДНК связана с частицами золота или вольфрама, которые ускоряются на высоких уровнях энергии и проникают в клеточную стенку и мембраны, где ДНК интегрируется в ядро. Недостатком является то, что повреждение клеточной ткани может произойти. [Iv]
Агробактерии - это паразиты растений, которые обладают естественной способностью трансформировать растительные клетки, вставляя их гены в хозяева растений.Эта генетическая информация, переносимая на кольцо отдельной ДНК, известное как плазмида, кодирует рост опухоли на растении. Эта адаптация позволяет бактерии получать питательные вещества из опухоли. Ученые используют Agrobacterium tumefaciens в качестве вектора передачи желаемых генов через плазмиду, индуцирующую опухоль Ti, в двудольные сорта растений, такие как картофель, томаты и табак. Т-ДНК (трансформирующая ДНК) интегрируется в растительную ДНК, и эти гены затем экспрессируются растением. [V]
Микроинъекция и электропорация - это другие способы передачи генов в ДНК, первая непосредственно и вторая через поры. В последнее время технологии CRISPR-CAS9 и TALEN стали еще более точными методами редактирования геномов.
Передачи ДНК также происходят в природе, главным образом в бактериях, с помощью таких механизмов, как активность транспозонов (генетических элементов) и вирусов. Это то, как многие патогены развиваются, чтобы стать устойчивыми к антибиотикам. IV
Растительные геномы модифицируются, чтобы включать признаки, которые не могут встречаться естественным образом у видов. Эти организмы запатентованы для использования в пищевой промышленности и медицине, среди других биотехнологических применений, таких как производство фармацевтических препаратов и других промышленных продуктов, биотоплива и управление отходами. б
Коммерческое использование:
Первая «GM» (генетически модифицированная) культура была устойчивым к антибиотикам табачным растением, полученным в 1982 году. Полевые испытания для устойчивых к гербицидам табачных растений во Франции и США проводились в 1986 году, а через год бельгийская компания, генетически сконструированная устойчивая к насекомым табак. Первым продуктом GM, продаваемым на коммерческой основе, был вирус-устойчивый табак, который вышел на рынок Народной Республики Китая в 1992 году. IV «Flavr Savr» стал первым производителем GM, проданным в США в 1994 году: гнилостойкий помидор, разработанный Calgene, компанией, которая позже была куплена Monsanto. В том же году Европа утвердила свой первый генно-инженерный урожай для коммерческих продаж, устойчивый к гербицидам табак. б
Табак, кукуруза, рис и хлопковые растения были изменены путем добавления генетического материала из бактерии Bt (бацилла Thuringiensis), чтобы включить устойчивые к насекомым свойства бактерий. Устойчивость к вирусу мозаики огурца, среди других патогенов, была введена в урожай папайи, картофеля и сквоша. «Зерновые культуры», такие как соевые бобы, способны выдерживать воздействие гербицида, содержащего глифосат, известного как «Round-up». Глифосат убивает растения, нарушая синтезирующие аминокислоты метаболические пути. IV
Профили питательных веществ для растений были улучшены для здоровья человека, а также улучшения кормов для скота. Страны, которые полагаются посеять и бобовые культуры, естественно, не имеют аминокислот, производят семена GM с более высоким содержанием аминокислот лизина, метионина и цистеина. Бета-каротин-обогащенный рис был введен в азиатских странах, где дефицит витамина А является общей причиной проблем со зрением у маленьких детей.
Фармация растений - еще один аспект генной инженерии. Это использование массовых модифицированных растений для производства фармацевтических продуктов, таких как вакцины. Растения, такие как талль, табак, картофель, капуста и морковь, являются наиболее часто используемыми растениями для генетических исследований и сбора полезных соединений, поскольку отдельные клетки могут быть удалены, изменены и выращены в культурах тканей, чтобы стать массой недифференцированных клеток, называемых каллус. Эти клетки каллюса еще не специализируются в функции и, таким образом, могут образовывать целые растения (феномен, известный как тотальность). Поскольку растение развивалось из одной генетически измененной клетки, все растение будет состоять из клеток с новым геномом, а некоторые из его семян будут давать потомство с той же введенной чертой. v
Этические дебаты и экономические последствия
К 1999 году две трети всех обработанных пищевых продуктов в США содержали ГМ-компоненты. С 1996 года общая площадь поверхности земли, обрабатывающей ГИО, увеличилась в 100 раз. Технология GM привела к значительному увеличению урожайности сельскохозяйственных культур и фермерских доходов, а также к сокращению использования пестицидов, особенно в развивающихся странах. б Учредители генетической инженерии, а именно Роберт Фралей, Марк Ван Монтаг и Мэри-Делл Чилтон, были награждены Всемирной продовольственной премией в 2013 году за улучшение качества, количества или доступности продуктов питания на международном уровне. IV
Производство ГМО еще спорная тема и страны различаются по их регулированию в области патентования и маркетинговых аспекты. Возникающие проблемы включают безопасность для потребления человеком и окружающей среды, а также вопрос о том, что живые организмы становятся интеллектуальной собственностью. Картахенский протокол по биобезопасности является международным соглашением о стандартах безопасности, касающихся производства, передачи и использования ГИО. б
