Мутагенез у растений

Процесс внесения изменений в ДНК растений называется мутагенезом. Существует два вида мутагенеза: естественный (спонтанный) и искусственный (индуцированный).

Спонтанный происходит в естественной среде без явных причин. Считают, что такие мутации происходят из-за сбоя процессов рекомбинации ДНК, репликации и репарации. Такой мутагенез происходит под генетическим контролем организма.

Искусственный (индуцированный) происходит под действием внешних факторов: ультрафиолетовое излучение, радиация, химическое воздействие.

Виды мутагенеза

Все мутации происходят под воздействием мутагенов, которые приводят к увеличению частоты мутаций у растений. Исходя из вида мутагена, мутагенез бывает:

Физический (радиационный);
Химический;
Биологический.

Радиационный происходит под действием ионизирующего облучения, коротковолнового ультрафиолетового и СВЧ излучения. Влияние излучения приводит к появлению свободных радикалов, которые воздействуют на организм на клеточном уровне.

Под действием различных химических веществ (альдегиды, нитриты, гидроксиламин, азотистые соединения) происходит химический мутагенез. Химические вещества вступают в реакцию с нуклеиновыми основаниями, приводя к нарушению принципа комплементарности ДНК.

Биологический происходит под действием вирусов, чистых ДНК, антивирусных вакцин. Механизм действия биологических факторов не вполне ясен, но они вызывают нарушение процессов рекомбинации.

Способы мутагенеза

В зависимости от воздействия на ДНК растения различают следующие методы мутагенеза:

• Ненаправленный

При этом мутагенезе внесения изменения в ДНК происходит с определенной долей вероятности. Полученные мутантные организмы проверяют скринингом, и отбирают только тех, которые отвечают требованиям. Такой способ очень трудоемкий и используется только при наличии системы скрининга мутационных организмов.

• Направленный

В этом случае изменения в ДНК вносятся в заранее определенный ген. Для этого синтезируются короткие цепочки ДНК аналогичные целевой ДНК с удалением места мутации.

• Мутагенез с ПЦР

Полимеразная цепная реакция осуществляет мутагенез с применением праймеров и случайного мутагенеза. При случайном мутагенезе изменение ДНК происходит за счет полимеразы при условиях, снижающих ее специфичность.

• Мутагенез по Кункелю

Вначале получают уридиновую матрицу для бактериальной плазмиды. Праймер создают на матрице, достраивают in vitro с помощью полимеразы. Затем гибридную ДНК трансформируют в клетки, где уридиновая матрица разрушается, а на мутантной кольцевая ДНК достраивает новую цепь. Такой мутагенез имеет эффективность меньше 100%.

Польза мутагенеза

Существуют различные примеры мутагенеза, которые привели к мутациям, представляющим интерес в селекции. Например, в 1956 году генетик при обработке рентгеновскими лучами арахиса получил мутант с высокими продуктивными свойствами. Итальянские ученые в 1973 году смогли вывести сорт пшеницы с укороченным стеблем. Такие мутанты устойчивы к полеганию, что дает возможность увеличивать дозы удобрений для увеличения урожайности твердых сортов пшеницы.

Иногда пользу приносят и негативные мутации. Так, при индуцированном мутагенезе полученная мужская стерильность повышает пользу у новых гибридов риса, свеклы и других растений сельскохозяйственного назначения.

Таким образом, индуцированный мутагенез в селекции очень важен. Использование мутаций дает возможность получения новых сортов растений, которые в природе редко встречаются или совсем не существуют. Благодаря искусственному мутагенезу биологи смогли найти у растений много полезных свойств, которые были использованы в последующих мутациях для сельскохозяйственных растений.