Ученые УрФУ помогут Карабашу очистить почву от тяжелых металлов с помощью табака
Биологи из Уральского федерального университета — Александр Ермошин, Ирина Киселёва и Светлана Шатунова — вывели табак, способный расти при повышенных концентрациях ионов меди в почве. Они предлагают решать проблему загрязнения почв при помощи таких растений-гипераккумуляторов.
Применять такие растения оптимально на территориях с большими накоплениями в водоемах и почве токсичных веществ и тяжелых металлов. В частности, ученые планируют распространить результаты исследования табака на устойчивые к уральскому климату растения и использовать их в будущем на территории города Карабаш Челябинской области.
«Особенность гипераккумуляторов в том, что они впитывают тяжелые металлы из почвы. Если их вырастить и скосить, останется земля с меньшим содержанием металлов, таких, например, как медь. В свою очередь скошенные растения потенциально можно сжечь для получения энергии и вторичного извлечения металлов из золы», — объяснил Александр Ермошин.
Не каждое растение на такое способно — большинство гибнет на «тяжелой» почве. Как рассказывает Александр Ермошин, табак хорошо изучен, легко генетически трансформируется и удобен для микроклонального размножения. Это и обусловило выбор объекта для работы.
Для генной модификации ученые использовали метод агробактериальной трансформации семян табака. Бактерии из рода Agrobacterium — своего рода природные «генные инженеры». Ученые берут плазмиду (самостоятельная маленькая кольцевая молекула ДНК), вырезают исходные гены из переносимого участка и вместо них молекулярно-генетическими методами при помощи ферментов вносят целевые гены. Получается, что в кольце-плазмиде встраиваемый в ДНК растения сектор генов заменяется на интересующий. Затем плазмиду помещают в бактерию, а она переносит ДНК из одной клетки в другую. Потом сектор необходимых генов с белками проникает в ядро растительной клетки. Белок «надрезает» ДНК клетки-хозяина и встраивает нужный ген из плазмиды. Так происходит процесс переноса чужеродной ДНК в ДНК клетки растения.
«Уникально, что данный метод использовался на семенах, а не для изолированных растительных клеток. Из-за этого растения получились формально не целиком трансгенными, но при этом на их рост ушло намного меньше времени, по сравнению с ростом из отдельной клетки», — добавил Ермошин.
В результате в растения табака был перенесен ген, отвечающий за синтез цитокининов. В природе эти вещества отвечают за устойчивость растений к неблагоприятным факторам среды и замедляют их старение. Полученные трансгенные растения смогли выжить при концентрации 100 мкМ ионов меди в питательной среде и даже росли при 200 мкМ, в то время как контрольные растения гибли в таких условиях.