Гендік инженерияда қолданылатын технологиялар және саланың даму болашағы

Жоспар:

1. Гендік инженерияның әдістемелік негізін және жұмыс кезендерін.

2. Вектор ретінде пайдалануға жарамды заттардың маңыздылығын жұмыс принцптерін.

3. Табиғи жағдайда агробактерия гендерінің өсімдікке енуі

Гендік инженерияның даму болашағы. Өсімдіктер жасушаларына бөтен генетикалық информацияны енгізу мүмкіндігі тәжірибе жүзінде дәлелденген. Осы әдістерді пайдалану негізінде бағалы қасиеттері бар өсімдіктерді шығару үшін болашақта көп үміт күтерлік жол ашылды.

Өсімдіктерге бөтен гендерді тасымалдау жөніндегі деректер 1981 жылдан бері белгілі. Бактериялар, жануарлар және өсімдіктер гендері плазмидалық Т-ДНҚ-ның рестрикциялық бөліктеріне тігіліп, өсімдік геномына нәтижелі тасымалданған. Нәтижесінде гендік инженерия әдістерімен құрастырылған алғашқы өсімдіктер алына бастады. Өсімдіктерге бөтен генді Ті-плазмиданың көмегімен енгізу әрекеттері ең алдымен бактерия гендерін тасымалдаумен байланысты болды. Ол үшін көбінесе антибиотиктерге төзімділікті белгілейтін Е. соlі гендері қолданылды. Бұл гендерді пайдаланудың себебі, олардың өсімдік геномына тіркесуін оңай тексеруге болатындығынан. Бірақ бұл антибиотиктерге төзімділік белгісінің өсімдік үшін ешбір пайдасы жоқ. Турасын айтқанда, бұл бөтен ген нақтылы тасымалданды ма, жоқ па, тек қана соның куәсі ретінде және де егер тасымалданса, онда өзіне тән қызметін атқарып жатқанын көрсету үшін керек. Бұндай селективті маркерлік гендер өсімдіктерге туыстығы жоқ бөтен гендерді тасымалдау кезінде қолданылады.

Өсімдіктер геномын гендік инженерия әдістерімен өзгертіп қайта құру мақсаты екі мәселені шешуге бағытталған. Біріншісі, трансгенозға байланысты негізгі теориялық мәселелерді шешу, ал түбінде өсімдіктердің алдын ала көзделген белгілі қасиеттері бар жаңа варианттарын шығару үшін практикалық селекцияда гендік инженерия әдістерін қолдану.

Өсімдіктердің ауыл шаруашылығында бағаланатын негізгі белгілері, атап айтқанда: өнімділік, тез пісіп-жетілу, сабақпен масақтың ұзындығы, дәндегі белок мөлшері, түрлі стресс факторларға төзімділік. Осындай құнды қасиеттер көпгендік (полигендік) жүйелердің бақылаумен қалыптасады, яғни гендердің күрделі комплекстерінің өзара әр қилы әрекеттесуі арқылы пайда болады. Өкінішке орай, бұндай полигендік белгілерді гендік инженерия әдістерімен бір организмнен басқа организмге көшіріп дарыту әзірше мүмкін емес. Өсімдіктерді жақсартудың ең жарамды амалдары ежелден организмде бар гендерді өзгерту (модификациялау) және гендік инженерия әдістерімен нақтылы бір белгіні кодтайтын жеке бір генді тасымалдау.

Белоктардың сапасын жақсарту. Екпе өсімдіктер дәнінде қор ретінде жинақталатын белоктарды құрамы жағынан бір-біріне жақын гендер кодтайды. Дәннің қор белоктарының түзіліп жинақталуы күрделі де, дәл реттелетін агрономия және экономика тұрғысынан өте маңызды биосинтетикалық процесс.

Бір өсімдіктің қор белогының сапасын жақсарту үшін оған басқа өсімдіктің қор белогының генін енгізу жөнінде алғашқы әрекетті 1983 жылы АҚШ-та Д. Кемп пен Т. Холл істеген. Олар бұршақтың басты қор белогы фазеолин генін Ті-плазмида көмегімен күнбағыстың геномына енгізген еді. Бұл тәжірибенің нәтижесінде «санбин» деген трансгендік өсімдік алынды. «Санбин» әзірше ешқандай іске жарамсыз, ауыл шаруашылығында пайдаланылмайды, бірақ, сонда да, бұл тәжірибенің маңызы өте зор, себебі ол гендік инженерия әдістерін өсімдіктерге қолдануға болатындығына сенім білдіріп, биотехнологияның осы бағытының басталуын жария етті. Күнбағыс клеткаларында фазеолиндік полипептидтер түзілетіндігі иммунологиялық жолмен анықталды. Өте маңызы зор бұл факт әр түрлі тұқымдастарға жататын өсімдіктер арасында гендерді тасымалдауға болатындығын дәлелдеді.

Одан кейін бұршақтың фазеолин гені темекі клеткаларына тасымалданып, регенерант өсімдіктердің барлық ұлпаларында ол геннің экспрессиясы өткен. Бұршақтың пісіп жетілген тұқым жарнағында фазеолин үлесіне жалпы белоктың 25-50 % келеді. Бөтен өсімдіктерде осындай жоғары мөлшерде фазеолин генінің экспрессиясы өтуі үшін онын өзіне тән реттеуіш сигналдары генмен қоса тасымалдануы қажет және онтогенез процесінде экспрессияның бақылануы маңызды екені білінді.

Жүгерінің зеин деген қор белогының гені Т-ДНҚ-ға тігіліп күнбағыс геномына енгізілген. Ол үшін зеин гендері тігілген Ті-плазмидалары бар агробактериялар штамдарын жұқтырып күнбағыстың сабағында ісікті қоздырған. Кейбір ісіктерде зеиндік мРНҚ түзілетіндігі анықталған. Бұл тәжірибе даражарнақты өсімдік генінің қосжарнақты өсімдікте транскрипциясы өтетіндігін дәлелдейді. Бірақ транскрипция өтіп, РНҚ түзілгенмен ген экспрессиясы толығымен жүрмей, трансляция процесі болмаған, яғни жүгерінің зеин белогы күнбағыс ұлпаларында түзілмеген. Сондықтан қор белоктарын кодтайтын гендерді тасымалдау өте күрделі де көбінесе сәтсіз аяқталатын процесс болып тұр.

Гендік инженерияның жеңілірек іске асатын мақсаты, ол бөтен белок гендерін тасымалдамай-ақ, әр өсімдікке тән белоктың амин қышқыл құрамын жақсарту. Көптеген астық тұқымдастарының қор белогында лизин, треонин, триптофан, ал бұршақ тұқымдастарында метионин мен цистеин жетіспейтіндігі мәлім. Белоктың құрамына жетіспейтін амин қышқылдарын қосымша енгізу арқылы белоктың сапасын жақсартуға болады. Дағдылы селекцияның әдістерімен астық тұқымдастарының қор белоктарында лизин мөлшері едәуір көтерілген. Ол үшін проламиндердің (спиртке еритін астық тұқымдастарының қор белоктары) бір бөлігі лизині көп басқа белоктарға ауыстырылды. Бірақ соның салдарында бұл өсімдіктерде дән уақ болып кеткен және жалпы түсімі кеміген. Шамасы, проламиндер дәннің толық болып қалыптасуына қажет шығар, сондықтан оларды басқа белоктармен ауыстыру түсімді төмендетеді. Осы жағдайды ескеріп, өнімділікті төмендетпейтін, бірақ құрамында лизин мен треонин көп белокты дәнді дақылдарда қалыптастыру қажет.

Астық тұқымдас өсімдіктерде лизинді көбейту мәселесін шешудің тағы бір жолы, ол дәнде бос лизиннің (белок құрамына кірмейтін) мөлшерін арттыру. Бұл тәсіл аспартат-киназа (тармақты амин қышқылдарының синтезі жолындағы бірінші фермент) гені бойынша мутанттарды алуға негізделген. Астық тұқымдастардың аспартат-киназа ферменті бос лизин мен метионин әсерімен кері байланыс механизмі арқылы тежеледі, соның салдарынан лизин синтезі бәсендейтін стадия. Сөйтіп, сол тежеулі стадияның әсерін басу үшін аспартат-киназа құрылысын мутация арқылы біраз өзгертіп, ол ферменттің қарқындылығын төмендету керек.

Кез келген өсімдік белогының амин қышқыл құрамын жақсарту үшін, тек ауыстырылмайтын амин қышқылдарынан (мысалы, лизин, треонин, метионин) тұратын бұрын-соңды болмаған, қолдан жасалған табиғатта кездеспейтін полипептидтерді кодтайтын жаңа гендерді пайдалануға болады. Табиғатта болмаған құрамының 80 %-ті ауыстырылмайтын бес амин қышқылынан тұратын полипептидті кодтайтын осындай генді 1986 жылы Джейнс қызметтестерімен химиялық синтез арқылы жасап шығарды. Ті-плазмиданы және Кі-плазмиданы пайдаланып, олар осы жасанды генді темекі клеткаларына енгізіп, химералық регенеранттарды алды. Сол трансгендік өсімдікте жасанды геннің экспрессиясы жүріп, мүлдем жаңа белок түзілетіні анықталды. Соңғы кезде гендік инженерияның метаболиттік инженерия деп аталатын бағыты қарқынды дамып келеді. Бұл бағыттың міндеті - өсімдіктерде оларға тән емес белоктарды синтездеу арқасында түрлі антиденелерді, вакциналарды, интерферондарды т.с.с. пайдалы заттарды өндіру. Метаболиттік инженерия белоктармен қатар өсімдіктегі көмірсулар мен майлардың да құрамына және мөлшеріне әсер ете алады.

Гербицидтерге төзімді өсімдіктерді жасау. Жаңа қарқынды технологиялар бойынша ауыл шаруашылығында гербицидтер кеңінен қолданылады. Қазіргі кезде бұрын қолданылған экологияға қауіпті, сүтқоректілерге улы гербицидтердің орнына жаңа, қауіпсіз гербицидтер пайдаланылады. Бірақ олардың да кемшіліктері бар. Олар арам шөптерді жоюмен қатар екпе өсімдіктердін де өсуін біраз тежейді.

Глифосат, атразиндер, сульфонилмочевина туындылары сияқты тиімділігі жоғары гербицидтерге кейбір арам шөптер төзімді келеді. Мысалы, атразин қолданылатын егістік жерлерде, көптеген өсімдік түрлерінің төзімді биотиптері пайда болады. Қазір осындай төзімділік механизмдері мұқият зерттелуде. Сондағы мақсат - гербицидке төзімділік белгісін гендік инженерия әдісін қолданып екпе өсімдіктерге енгізу. Бұл жұмыстың атқарылу кезеңдері мынадай:

1) өсімдік клеткасында гербицидтер әсер ететін биохимиялық нысанасын анықтау;

2) гербицидтерге төзімді организмдерді сұрыптап, олардың төзімділікті кодтайтын генін бөліп алу;

3) сол гендерді клондап көбейту;

4) төзімділік гендерін екпе өсімдіктерге тасымалдап енгізіп, олардың трансформацияланған өсімдіктердегі қызметін зерттеу.

Әр түрлі химиялық қосылыстарға, соның ішінде гербицидтерге де, төзімділікті қамтамасыз ететін төрт механизм бар:

1) тасымалдаушы (транспорттық);

2) жоюшы (элиминациялау);

3) реттеуші (регуляциялау);

4) жанасушы (контактық).

Транспорттық төзімділік механизмі гербицидтің клеткаға кіруін тежейді. Жоюшы механизмі - жасушаның ішіне кірген заттар жасуша индукциялайтын факторлар әсерімен жойылады, көбінесе ол ыдыратушы ферменттер, немесе улы заттар модификациялану арқасында зиянсыз заттарға айналады. Реттеу механизм - гербицид әсерімен инактивтенетін белок немесе фермент қайтадан қарқынды синтезделе бастайды, соның арқасында қажет метаболиттің орны толады. Контактық механизм - гербицид әсер ететін нысананың (белок немесе фермент) құрылымы өзгертіледі де, гербицид зиян әсер көрсете алмайды.

Гербицидке төзімділік жалғыз бір ғана генмен белгіленеді, яғни моногендік болады. Бұл жағдай осы белгіні басқа өсімдікке рекомбинанттық ДНҚ-ны қолданып енгізу жұмысын жеңілдетеді. Сонымен бірге, гендік инженерия әдістері гербицидтерді ыдыратуын немесе модификациялауын қамтамасыз ететін ферменттердің гендерін де тасымалдау арқасында төзімді өсімдіктерді шығара алады. Ал дағдылы селекцияның әдістері ұзаққа созылады және де тиімділігі өте төмен.

Патогендер мен зиянкестерге төзімді өсімдіктерді жасау. Ауыл шаруашылығына микроб, саңырауқұлақ, вирустық патогендер мен әр түрлі жәндіктердің тигізетін зияны орасан зор. Сондықтан түрлі аурулар мен зиянкестерге төзімді өсімдік сорттарын шығару ауыл шаруашылық биотехнологияның ең бір өзекті міндеті және де гендік инженерияны практикада қолдану жолындағы үздік мәселе болып табылады. Өкінішке орай, түрлі патогендерге өсімдіктің төзімділігі көптеген гендермен белгіленеді. Бір мезгілде бірнеше локустарды тасымалдау мәселесін гендік инженерия әдістерімен шешу қиын, ал дағдылы селекция әдістеріменен де тіпті мүмкін емес. Қазір гендік инженерияның айлалы әрекеттерімен тек қана жалғыз бір ген немесе хромосоманың бір бөлігінде жалғаса орналасқан бір топ гендер ғана белгілейтін төзімділік белгісін тасымалдап өсімдікке дарытуға болады.

Гендік инженерия әдістерінің тағы да бір іске асатын жолы бар. Кейде өсімдіктің өзіне тән табиғи төзімділік гені болса да, ол патогенге төтеп бере алмайды. Мұндай төзімсіздік гендердің экспрессиясы әлсіз болғандығына немесе гендердің қызмет қарқыны бәсендеуіне байланысты болады. Соның салдарынан патогендік организмдер ауру туғызып өсімдікті күйзеліске ұшыратады. Гендік инженерия тәсілімен төзімділік қасиетін кодтайтын бұл гендердің экспрессиясын реттеуіш элементтерін алмастыру және күшті промоторды енгізу арқылы арттыруға болады немесе гендердің санын көбейтуге болады (амплификация). Бірқатар жағдайларда бұл жол өсімдікке бөтен құрылымдық гендерді енгізумен салыстырғанда оңай және тиімді болады. Себебі, тасымалданған бөтен гендердің өнімдері кей кездерде клеткаға жағымсыз, тіпті зиянды болып шығуы мүмкін.

Фитовирусологияда индукцияланған айқас төзімділік деген құбылыс белгілі. Бұл құбылыстың мәні мынадай. Егер өсімдікке вирустың бір штамын жұқтырса, ондай өсімдік сол вирустың басқа штамдарына да төзімді болады. Бұл құбылыстың молекулалық механизмі әлі анықталмаған. Өсімдікте иммунитет пайда болу үшін оған вирустың өзін емес, тіпті жеке гендерін, мысалы капсида белоктарының гендерін енгізу жеткілікті екен. Темекі теңбіл вирусының қабықша белогының генін темекі клеткаларына тасымалдап, трансгендік өсімдіктер алынған. Олардың жапырағында жалпы белоктардың 0,1% вирус белогы болған. Бұл өсімдіктердің көбі вируспен зақымданбаған. Шамасы, өсімдік клеткаларында синтезделетін вирус қабығы өзгертілген белогы мен вирустык РНҚ қосыла алмайды. Сол себептен вирустар көбеймейді.

Темекі, томат, картоп, қияр, бұрыш трансгендік өсімдіктерінде теңбіл ауруын қоздыратын вирус штамының капсида белогының экспрессиясы оларға басқа штамның инфекциясын жұқтырмайды. Бұл өсімдіктердің ұрықтануы төмендемеген, өсу және физиология процестері өзгермеген. Өсімдіктерді зиянкес жәндіктерденкорғау үшін химиялық заттар - инсектицидтер қолданылады. Бірақ олар сүтқоректілерге де зиян келтіреді, пайдалы жәндіктерді өлтіреді, қоршаған ортаны ластайды, бағасы қымбат болады, және де зиянкестер оларға тез бейімделіп кетеді. Пайдаланатын инсектицидтерге төзімділік қасиеті бар 400 астам жәндіктер түрлері белгілі. Сондықтан биологиялық жолмен күресу амалдары өзіне назар аударуда, өйткені олар әр жәндік түріне сәйкес қатаң таңдаулы әсер етеді және де зиянкестер биопестицидке бейімделе алмайды.

Бұл бағытта әсіресе қызықтыратын микробиологиялық пестицидтер. Олар зиянкестерді өлтіретін микроб токсиндері. Мысалы, Васilus thuringiensis микробының токсині жапырақтармен қоректенетін жәндіктердің личинкасын өлтіреді. В. thuringiensis штамдары бірнеше токсиндерді түзеді. Олар зақымдайтын жәндіктер түріне және де тиімділігіне қарай ерекшеленеді. Қазір 20-ға жакын токсиндер белгілі. Түрлі штамдар токсиндерінің гендері клонданған, олардың нуклеотидтік тізбегі анықталған және ол гендер микроорганизмдердің басқа түрлеріне, мысалы, Pseudomonas fluorescens клеткаларына енгізілген. Бұл кең таралған зиянсыз эпифиттік микроб, көптеген екпе өсімдіктердің нормалы микрофлорасына жатады, соның ішінде тамыр жүйесіне де. Тәжірибелер көрсеткендей, токсин түзетін Рs. fluorescens трансгендік жасушалары бірқатар өсімдіктерді зиянкестерден қорғай алатын қабілетке жеткен.

Осы токсиннің генін өсімдікке тікелей енгізу әрекеттері істелген. Токсинді синтездейтін темекі трансгендік өсімдіктері алынған. Бұл өсімдіктер Моnduca sexta деген зиянкес жәндіктің гусеницаларына төзімді болған. Үш тәулік бойы бұл трансгендік өсімдік жапырағымен қоректенген гусеницалар уланып қырылған. Токсинді түзуші ген және оның арқасында пайда болған төзімділік қабілет доминанттық белгі ретінде тұқым қуалаған.

Вирустар коздыратын аурулар жәндіктер арасында да кен таралған, сондықтан зиянкестермен күресу үшін олардын табиғи вирустарын колдануға болады. Олардан өндірілген препараттарды вирустык пестицидтер деп атайды. Олардың ядохимикаттардан көп артықшылыктары бар: санаулы белгілі бір жәндіктерге ғана әсер етеді; пайдалы жәндіктерді өлтірмейді; қоршаған ортада тез ыдырайды да өсімдіктер мен жануарларға зиян келтірмейді.

Стрестік жағдайларға өсімдіктердің төзімділігін арттыру. Өсімдіктер қоршаған ортаның көптеген қолайсыз факторларының әсеріне тап болады. Олар жоғары және төмен температура, ылғалдың жетіспеушілігі (құрғақшылық), топырақтың тұздануы (сор топырақ), ауаның газдануы, минералдық заттардың жетіспеушілігі немесе керісінше шектен тыс көбеюі т.с.с. Бұл факторлар өте көп болғандықтан олардан қорғану жолдары да әр түрлі - физиологиялық қасиеттерден құрылымдық өзгерістерге дейін. Өсімдіктің қандай болмасын стресс факторына төзімділігі көптеген гендерге байланысты. Сондықтан, өсімдіктің бір түрінен екінші түріне барлық төзімділік белгілерін толығымен тасымалдап енгізу тек қана гендік инженерия әдістерімен әрине мүмкін емес. Бірақ, сонда да, кейбір жағдайда гендік инженерия арқылы өсімдіктердің төзімділігін арттыруға болады. Мысалы, стресс жағдайларына өсімдіктің метаболиттік реакциясын бақылайтын жеке гендермен әрекеттер жүргізуге жағдай бар. Ортаның жағдайларына жауап реакцияларының физиологиялық, биохимиялық, генетикалық негіздерін одан әрі зерттеулер гендік инженерия әдістерін қолданып төзімді өсімдіктерді шығаруға мүмкіндік береді.

Биологиялык молекулалык азотты сіңірудің тиімділігін арттыру. Азот өсімдіктер үшін ең тапшы элемент. Көптеген, тіпті экономика жағынан дамыған елдердін өзінде, химия өнеркәсібі ауыл шаруашылығының азоттық тыңайтқыштарға деген қажетін қанағаттандыра алмайды. Азоттық тыңайтқыштарды шығару процесі өте қымбат және де қоршаған ортаға теріс әсер етеді. Өсімдіктер топыраққа ендірген тыңайтқыштың тек 40-50% ғанасіңіреді, қалғаны суаттарға, жер астындағы суларға еріп түсіп, оларды ластайды. Сондықтан биологиялық азотты сіңіру процесін зерттеу ерекше маңызды мәселе.

Молекулалық азот инертті газ ретінде ауаның құрамына кіреді (75,6 %). Осы ауадағы азотты сініруге қабілеті бар организмдердің биохимия, физиология және генетикасы әжептәуір зерттелді. Мысалы, молекулалық азоттын тотықсызданып аммонийге айналуына жауапты нитрогеназа ферменті жақсы зерттелген. Нитрогеназаның құрылымы молекулалық азотты сіңіре алатын барлық организмдерде бірдей. Азотты сініру процесіндегі міндетті физиологиялық шарт, ол нитрогеназаны оттегінен сақтау, әйтпесе бұл фермент тотығып бүлінеді. Нитрогеназа тек анаэробтық жағдайда ғана өзіне тән қызметін атқара алады.

Азотфиксаторлардың арасында ең жақсы зерттелгендер, бұршақ тұқымдас өсімдіктермен симбиоз түзетін ризобия бактериялары және бос жекеше тіршілік ететін бактерия. Осы бактерияларда молекулалық азотты сіңіру процесіне 17 ген жауапты екен. Гендік инженерия әдістерін мына іске асатындай міндеттерді орындау үшін пайдалануға болады: 1) ризобияларды бұршақ тектес өсімдіктерді отарлау қабілетін арттыру; 2) генетикалық механизмге ықпал жасап, азоттың фиксациясы мен ассимиляциясының тиімділігін арттыру; 3) микроорганизмдерге гендер енгізіп, оларды молекулалық азотты сіңіру қабілетін арттыру; 4) симбиоздық қарым-қатынасты бұршақ тұқымдас өсімдіктерден басқа өсімдіктерге дарыту.

Гендік инженериянын биологиялык азотфиксацияның тиімділігін арттыру саласындағы ен маңызды міндеті, ол молекулалык азотты сініру және отарлау кабілеттері арттырылған ризобиялардың штамдарын шығару. Табиғатта ризобиялар бұршак өсімдіктерін өте баяу отарлайды, тек бірлі-жарымы ғана түйнектер түзеді. Оның себебі мынада, өсімдікке ризобия енетін жері өте кішкентай, ол тамырдың өсу нүктесімен оған жақын өсіп келе жатқан тамыр түтігінің ғана арасы. Тамырдың басқа барлык жері және тамыр түтіктері отарлау мекені бола алмайды. Сонымен қатар, түзілген түйнектердің кейбіреулері молекулалық азотты сіңіре алмайды. Ол өсімдіктердің гендеріне байланысты. Ондай бес ген белгіленген, олардың екеуі рецессивтік гендер. Бұлар қолайсыз үйлескенде, осындай құбылыс байқалады.

Генетика мен селекцияның дағдылы әдістерін пайдаланып отарлау қабілеті өскен ризобиялардың лабораториялық штамдары алынған. Бірақ егістік жағдайында жергілікті жабайы штамдар олармен бәсекелеседі. Сол бәсекеде артып түсу қабілетін арттыру үшін гендік инженерия әдістерін колдануға болады.

Фотосинтездін тиімділігін арттыру. Соңғы кезде жаңа сорттар мен будандардың өнімділігі бірнеше жолдармен арттырылып келеді:

1) өсімдіктің құрылымын генетикалық жетілдіру арқасында;

2) жапырақ көлемін ұлғайту арқылы;

3) өсімдіктің өнім беруші мүшелері массасы мен вегетативтік массасының өзара қатынасын өзгерту арқылы;

4) қор сақтайтын мүшелерде ассимиляттардың жинақталуын арттыру арқылы.

Өсімдіктердің өнімділігін фотосинтез аппаратын реттеп басқару арқылы жүзеге асады. Фотосинтез аппаратының активтігін арттыру жолынын бірі, ол көміртегін сіңіру процесінін генетикалық негізін өзгерту.

С₄-өсімдіктері өздерінің өсу қарқындылығымен және фотосинтездің қарқындылығымен сипатталады. Оларда фототынысалу процесі байқалмайды. Ал көптеген ауыл шаруашылық өсімдіктері С₃-өсімдіктері тобына жатады. Оларда жарықта тынысалу процесі жақсы өтеді. Фотосинтез бен тынысалу процестері өзара тығыз байланысты. Олардың негізінде ең бір маңызды ферменттің-рибулозобисфосфаткарбоксилазаның (РуБФК) екі функциясы жатады: карбоксилаза (СО₂ қосу) және оксигеназа (О₂ қосу) функциялары. Оттегі қосылғанда фосфогликолат пайда болады, ол фототынысалудың негізгі субстраты. Фототынысалу нәтижесінде өсімдік СО₂ сініру орнына оны сыртқа шығарады да соның салдарынан өзінің өнімділігін төмендетеді. С₄-өсімдіктерінде РуБФК оксигеназалық активтігі төмен және де пайда болған СО₂ олар қайтадан сініре алады.

Сондықтан гендік инженерия алдындағы бір міндет ол карбоксилаза активтігі артатын РуБФК ферментін жасау. РуБФК өте күрделі фермент. Ол 8 үлкен және 8 кіші бөлшектерден тұрады. Үлкен бөлшек белогын хлоропластық геном кодтайды және онын синтезі хлоропластық рибосомаларда өтеді. Кіші бөлшектер белогын ядролық геном кодтайды, оның синтезі цитоплазмалык рибосомаларда жүреді. Кіші бөлшектердің полипептидтік құрамына байланысты, ферменттің каброксилазалық/ оксигеназалық өзара қатынасы белгіленеді. Мысалы, темекінің әр түрлерінде бұл қатынас 6-дан 12-ге дейін өзгереді. С₃-өсімдіктерінде бұл қатынас жалпы алғанда 5-7 болады, ал С₄-өсімдіктерінде 13-15 болады.