Введение к работе
Актуальность темы. Томат (Solanum lycopersicum L.) является одной из важнейших продовольственных культур, занимающих первое место среди продуктов овощеводства как по своему значению, так и по объему производства. По данным ФАО, в 2009 г. томат в России промышленно выращивался на площади 117 тыс. га, а валовой сбор товарной продукции составил около 2,2 млн. т. Высокий спрос на эту культуру обуславливает непрерывное совершенствование сортимента, что, в свою очередь, требует постоянного улучшения целого ряда хозяйственно-ценных признаков и может быть достигнуто как традиционной селекцией, так и методами генетической инженерии. Применение трансгенных форм томата может существенно повысить окупаемость сельскохозяйственного производства, резко сократить загрязнение окружающей среды пестицидами, а также, во многих случаях, реализовать потенциальную урожайность культуры.
Устойчивость к биотическим стрессам и, в частности, к грибным и бактериальным патогенам – одно из приоритетных требований, предъявляемых к современным сортам и гибридам томата. Несмотря на достигнутые успехи в получении генотипов с повышенной устойчивостью к отдельным болезням, проблема комплексной устойчивости к неблагоприятным факторам биотической природы по-прежнему остается неразрешенной. Это относится также и к наиболее опасным болезням, таким как фитофтороз.
Прямые потери урожая томата от фитофтороза в годы эпифитотии составляют больше, чем от всех других болезней вместе взятых и в полевых условиях достигают 100%. Фитофтороз приносит значительные экономические убытки в России, особенно в ее Средней полосе, где потери достигают критических величин, а также во многих странах Европы и США. Одной из приоритетных возможностей противостояния фитофторозу томата является получение и последующее промышленное выращивание устойчивых сортов.
В последние десятилетия для повышения устойчивости растений томата к фитопатогенам все более широкое применение находят методы генетической инженерии. Этому способствовал прогресс в частичном установлении молекулярной природы защитных механизмов, обеспечив возможность разработки новых стратегий борьбы с заболеваниями в дополнение к существующим традиционным подходам. Одной из них является привнесение в геном томата чужеродных генов, кодирующих защитные PR-белки и антимикробные пептиды (Broekaert et al., 1997; Edreva et al., 2005; Van Loon et al., 2006).
Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования являлось получение трансгенных растений томата (Solanum lycopersicum L.), содержащих гены PR-4 семейства хитинсвязывающих белков и гевеин-подобных антимикробных пептидов, и оценка влияния экспрессии гетерологичных генов на устойчивость к фитопатогенам.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
-
получение трансгенных растений томата селекционной линии ЯЛФ с генами хитинсвязывающих белков из растений рода Amaranthus и гевеин-подобных антимикробных пептидов из Stellaria media L.;
-
оценка экспрессии гетерологичных генов в полученных трансгенных растениях томата селекционной линии ЯЛФ и изучение ее влияния на устойчивость к возбудителю фитофтороза;
-
изучение характера наследования селективного гена в потомстве трансгенных растений томата селекционной линии ЯЛФ;
-
разработка методики эффективной регенерации и генетической трансформации растений из различных типов эксплантов томата промышленного сорта Рекордсмен.
Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые получены трансгенные растения томата, содержащие гены PR-4 семейства хитинсвязывающих белков из растений рода Amaranthus (A. caudatus L. и A. retroflexus L.), а также гевеин-подобных антимикробных пептидов из Stellaria media L. Впервые продемонстрировано влияние экспрессии гетерологичных генов хитинсвязывающих белков и гевеин-подобных антимикробных пептидов в трансгенных растениях томата на повышение устойчивости к оомицету Phytophtora infestans (Mont.) de Bary. В результате проведенных экспериментов разработана система эффективной регенерации растений из различных типов эксплантов томата промышленного сорта Рекордсмен с частотой более 85%. Методом агробактериальной трансформации получены растения томата сорта Рекордсмен, экспрессирующие репортерный ген gfp. Полученные экспериментальные данные являются основой для проведения фундаментальных исследований в области изучения механизмов действия белков PR-4 семейства и гевеин-подобных антимикробных пептидов в защитных реакциях растений против фитопатогенов, а также использования вышеперечисленных генов для повышения устойчивости к биотическим стрессам генно-инженерными методами промышленных сортов томата и других представителей рода Solanum.
Апробация работы. Результаты исследований представлены на VII, IX и XI молодежной научной конференции «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеренарии» (2007, 2009, 2011), III Всероссийском симпозиуме «Физиология трансгенного растения и фундаментальные основы биобезопасности» (2010), Всероссийском симпозиуме «Растение и стресс» (2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 печатные работы, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах, входящих в перечень научных изданий, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследований, результатов исследований и их обсуждения, заключения, выводов и списка используемой литературы. Работа изложена на 133 страницах машинописного текста, содержит 14 таблиц и 21 рисунок. Библиографический список включает 286 источников, из них 259 на иностранном языке.
