Гибридизация соматических клеток. Соматическая гибридизация растений
Биология для студентов - 30. Соматическая гибридизация
На основании техники культивирования клеток in vitro и разработки способов слияния протопластов сформирован новый метод гибридизации растений - парасексуальная, или соматическая гибридизация.
Соматическая гибридизация (клеточная инженерия, парасексуальная гибридизация) — это метод создания неполовых гибридов путем слияния изолированных протопластов, полученных из соматических клеток. Гибридизация соматических клеток дает возможность не только соединить в одном ядре гены далеких видов (родов, семейств) растений, между которыми невозможно половое скрещивание, но и сочетать в гибридной клетке цитоплазматические гены партнеров. При этом амфидиплоиды получают без колхицинирования.
Основной недостаток этого метода — низкая частота регенерации соматических гибридов, особенно межвидовых и межродовых. В связи с этим соматическую гибридизацию широко применяют у видов с высоким регенерационным потенциалом in vitro, прежде всего семейств Пасленовые, Капустные, Сельдерейные, Лилейные.
Сущность метода заключается в том, что в качестве родительских клеток используются не гаметы, а соматические клетки, из которых изолируют протопласты. При половом скрещивании исключается протоплазма мужской родительской клетки, а при соматической гибридизации в полученном гибриде оба родителя имеют относительно равный цитоплазматический статус. Слияние протопластов высших растений приводит к образованию либо гибрида, либо цибрида. Цибрид - растение, полученное при слиянии ИП с цитопластом (участком цитоплазмы ИП) или протопластом без ядра (инактивированным ядром). Таким образом, цибридиое растение содержит цитоплазму обоих партнеров, а ядро - одного. Образование такого растения возможно и в том случае, если после слияния протопластов не происходит соединения ядер и одно ядро дегенерирует.
vseobiology.ru
Соматическая гибридизация
Количество просмотров публикации Соматическая гибридизация - 859
Уровень аппаратных абстракций
Микроядро
Драйверы устройств
Этот компонент просто преобразует вызовы драйверов в функции, работающие непосредственно с оборудованием.
Это ядро операционной системы (некоторые считают, что это и есть операционная система, а все остальное — ее службы). Этот компонент управляет потоками процессов, предназначенными для микропроцессора, назначения потоков, многозадачности и т.д. Ядро Windows 2000 — это ядро с приоритетом прерываний, в связи с этим потоки могут прерываться, а последовательность их выполнения изменяться.
Уровень аппаратных абстракций (HAL) скрывает подробности интерфейса оборудования от других служб и компонентов. Другими словами, это абстрактный уровень, расположенный над действительным оборудованием, через который проходят все вызовы к оборудованию. Уровень аппаратных абстракций содержит все необходимые команды обработки интерфейсов ввода-вывода оборудования, прерываний оборудования и т.д. Этот уровень также отвечает за поддержку платформ Intel и Alpha, что позволяет одному исполняющему уровню Windows работать на обеих платформах.
Разработка способов индукции слияния протопластов вместе с развитием экспериментальной техники культивирования клеток in vitro, дающей возможность получения изолированных протопластов, их культивирования и образования каллуса и в дальнейшем целого растения, сформировало новый очень интересный и перспективный метод гибридизации растений — парасексуальную, или соматическую, гибридизацию.
Сущность этого способа гибридизации состоит по сути в том, что в качестве родительских используются не половые клетки (гаметы), а клетки тела (сомы) растений, из которых изолируют протопласты.
Соматическая гибридизация — это метод создания неполовых гибридов путем слияния изолированных протопластов, полученных из соматических клеток. Гибридизация соматических клеток дает возможность не только соединить в одном ядре гены далеких видов (родов, семейств) растений, между которыми невозможно половое скрещивание, но и сочетать в гибридной клетке цитоплазматические гены партнеров.
Для получения гибридных клеток растений приготавливают протопласты путем разрушения клеточных стенок соответствующими ферментами. Слияния протопластов добиваются обработкой их полиэтиленгликолем (ПЭГ) или другими химическими препаратами. ПЭГ способствует агрегации протопластов. Собственно слияние мембран происходит только тогда, когда суспензию отмывают от ПЭГ раствором с высоким рН и высоким содержанием Са2+, которые существенно увеличивают текучесть мембран до фазового разделения и слияния.
Другим способом получения соматических гибридов является электрослияние. Слияние, индуцируемое электрическими импульсами, можно объяснить следующим образом. Импульс короткой продолжительности вызывает диэлектрическое разрушение соприкасающихся мембран протопластов. Вокруг дырки возможен обмен липидными молекулами, образование липидных мостов, что в конце концов приводит к слиянию мембран. Это энергетически более выгодное состояние, чем существование двух поврежденных мембран. Процессы, сопровождающиеся обменом липидов, отражают особенности жидкой мозаичной структуры клеточной мембраны и бывают связаны с ее текучестью.
В отличие от полового скрещивания, где имеет место передача цитоплазмы только от материнского организма, при соматической гибридизации в образовавшемся гибриде оба партнера имеют более или менее равный цитоплазматический статус. Слияние протопластов способствует объединению двух различных цитоплазм. В большинстве исследований слияние протопластов высших растений приводит к образованию либо гибрида, либо цибрида. Цибридное растение содержит цитоплазму обоих партнеров, ядро — одного. Образование растения с гибридной цитоплазмой и органеллами обоих партнеров, но содержащее в своих клетках ядро только одного вида, возможно в том случае, в случае если после слияния протопластов не происходит соединения ядер и одно ядро дегенерирует.
Важным моментом в изучении индуцированного слияния двух неродственных протопластов является селективный маркер, используемый для идентификации продукта гетероплазматического слияния, так как эффект индуктора не специфичен и вызывает агрегацию и слияния протопластов как одного и того же вида, так и различных видов. Для идентификации гетероплазматического продукта могут служить пластиды. К примеру, в случае индуцируемого ПЭГ слияния протопластов сои и капусты гетерокарион получал хлоропласты от капусты и плотную цитоплазму и неокрашенные пластиды от протопластов сои. При межродовом слиянии протопластов табака и моркови как селективные маркеры использовались зеленые хлоропласты табака и красные, содержащие антоциан, протопласты моркови. Четко различимы были продукты слияния при межвидовой гибридизации между протопластами двух видов Torenia. Протопласты Т. fournieri, содержащие антоциан, комбинировались с протопластами Т. baitlonii, содержащими только хромопласты или только хлоропласты. Кроме пластид бывают использованы биохимические и генетические маркеры, такие, как изоферментный состав, структура нуклеиновых кислот, устойчивость к антибиотикам, число хромосом, кариотипы.
Основной недостаток метода соматической гибридизации — низкая частота регенерации соматических гибридов, особенно межвидовых и межродовых. В связи с этим соматическую гибридизацию широко применяют у видов с высоким регенерационным потенциалом in vitro, прежде всего семейств Пасленовые, Капустные, Сельдерейные, Лилейные.
С помощью соматической гибридизации между культурными растениями и дикими видами были получены: сорта картофеля, устойчивые к вирусным заболеваниям, фитофторозу, колорадскому жуку; томаты, устойчивые к вирусу табачной мозаики.
Впервые зрелый межвидовой гибрид, полученный в результате парасексуальной гибридизации протопластов 2 сортов табака (Nicotiana glauca c 24 хромосомами и N.langsdorfii c 18 хромосомами), описан Карлсоном в 1972 ᴦ. Каллус амфиплоидного гибрида мог расти на безгормональной среде. Гибридное растение цвело. С тех пор были получены жизнеспособные внутривидовые, межвидовые, межродовые гибриды.
Осуществлено слияние протопластов культурного картофеля сорта Приекульский ранний (Solanum tuberosum) с протопластами дикого картофеля (S. chacoense). Известно, что у дикого картофеля клубни очень мелкие. Вместе с тем, растение устойчиво ко многим заболеваниям. Картофель сорта Приекульский ранний образует крупные клубни, но растения этого сорта восприимчивы к болезням. Размеры протопластов у этих растений разные. Соматические гибриды по форме листьев и кустов, размеру клубней занимали промежуточное положение между культурными и дикими растениями. Вместе с тем гибрид, полученный в результате соматической гибридизации, оказался устойчивым к вирусу ʼʼУʼʼ, чем отличался от полового гибрида.
Первая попытка по созданию межродовых гибридов принадлежит Г. Мельхерсу, создавшему в 1978 году гибрид картофель + томат, так называемый томатофель. Гибрид был стерилен, морфологически аномален: толстые корни, отсутствие типичных столонов, махровые цветки. Было еще несколько попыток получения таких гибридов, но все растения стерильны. Эти эксперименты показали ограниченность применения парасексуальной гибридизации для прикладной селекции. Японскими исследователями (Х. Кисака с соавт., 1997) путем электрослияния протопластов ячменя и риса был получен межродовой соматический гибрид. Протопласты риса получали из суспензионной культуры, а протопласты ячменя были изолированы из молодых листьев. Часть полученных каллусов сформировали зеленые участки и побеги. Только один побег сформировал корни, и это растение было успешно перенесено в почву. По морфологии было близко к растениям риса. Цитологический анализ показал, что растение имело и маленькие хромосомы от риса, и большие от ячменя. Были проанализированы также митохондриальная и хлоропластная ДНК. Растение содержало новые последовательности и в митохондриальной, и в хлоропластной ДНК, которые не обнаруживались ни в одном из родителей.
Ю. Ю. Глебой с сотрудниками проводились многочисленные эксперименты по созданию межтрибных гибридов. Триба - таксономическая единица между семейством и родом. Получены удачные гибриды между арабидопсисом и турнепсом - арабинобрассика. У гибридных линий индуцировали морфогенез корней и растения. Растения были уродливы, имели очень много тератомоподобных образований, похожих на цветки.
Была осуществлена гибридизация 2-х родов пасленовых дурмана и красавки. Удалось регенерировать растения. Во всех случаях выявлены хромосомы обоих родительских видов. Регенерировавшие растения были стерильны, похожи на дурман, но содержали небольшое количество хромосом красавки.
В других экспериментах сливали протопласты красавки с каллусными клетками китайского табака. Получили 12 клонов. В клетках всех клонов обнаружили хромосомные типы обоих родителей, через год только у двух клонов происходила полная элиминация хромосом красавки.
Морковь + сныть: из образовавшейся каллусной ткани через полгода регенерировали аномальные растения. Одно из них цвело, но у цветка отсутствовали пыльники и пестик.
Интересные эксперименты были проведены в этой же лаборатории по гибридизации хлорофиллдефектного табака с красавкой. После слияния получили 40 фотосинтезирующих колоний, из них 4 клеточных линии дали нормальные растения красавки, 4 - аномальные по морфологии гибриды табак + красавка, остальные - зеленые, иногда пестролистные растения, идентичные табаку, которые цвели, давали семена. Οʜᴎ содержали хромосомы табака и пластиды красавки. Это были первые фертильные межтрибные гибриды.
Первые работы по получению межсемейственных гибридов проведены К.Као и В.Веттером в 1976-77 гᴦ. (соя + табак). Позднее в лаборатории Ю.Ю.Глебы провели аналогичные эксперименты пасленовые + бобовые и лилейные (горошек + табак и лук + табак). И.Ф.Каневскому удалось индуцировать морфогенез стеблеподобных тератом в культуре межсемейственных гибридов N.tabacum + Vicia faba.
Практически во всех случаях наблюдалась видоспецифичная элиминация хромосом одного из родителей. В культурах межсемейственных гибридов наблюдалось много многоядерных клеток, клеток с мини ядрами, в метафазах делений встречались гигантские хромосомы. Отмечена асинхронность в расхождении родительских хромосом в анафазе. Морфогенез у такого материала отмечен не был.
Для отдаленных гибридов характерно:
1. Относительная стабильность гибридного состояния, при котором не наблюдается полной элиминации генетического материала одного из родителей.
2. Генетические перестройки (реконструкция и частичная элиминация хромосом).
3. Генетическая разнокачественность клонов гибридных клеток.
4. Ограниченная морфогенетическая способность.
Изучение межцарственных гибридов клеток "животное + растение" показало, что на этапе слияния видоспецифичность не проявляется, в связи с этим можно слить даже животную и растительную клетки. На более поздних этапах онтогенеза эти различия сказываются, что было установлено в экспериментах по слиянию протопластов арабидопсиса и табака с лимфоцитами человека. При этом происходило слияние цитоплазмы, ядра не сливались. Эдвард Коккинг параллельно проводил изучение ультраструктуры таких гибридов, работая с клетками амфибий и протопластами моркови. После объединения клеток ядра амфибии были окружены тонким слоем собственной цитоплазмы, но уже через 48 часов отмечалось полное смешивание цитоплазмы и регенерация клеточной стенки вокруг гетерокариона.
referatwork.ru
Соматический гибрид растение - Справочник химика 21
| Рис. 31.4. Получение соматических гибридов растений (по Н. А. Картель) |  |
Культура изолированных органов, тканей и клеток растений в настоящее время находит все большее применение в биологических исследованиях. Такие методы, как клональное микроразмножение растений, оздоровление от вирусной инфекции с помощью культуры апикальных меристем, регенерация растений из каллусных культур, находят сейчас практическое применение. Существенную помощь методы культивирования in vitro могут оказать генетикам и селекционерам в получении новых форм растений. Используя гаплоиды, незрелые или нежизнеспособные зародыши гибридов, сомаклональные варианты растений-регенерантов, биотехиологи вместе с селекционерами ускоряют и облегчают селекционный процесс. Более сложная техника манипулирования с клетками растений необходима для получения соматических гибридов слиянием протопластов или для генетической трансформации клеток и растений. [c.232]
Регенерация растений из тканей летальных гибридов Гибридизация соматических клеток [c.185]
Соматическая гибридизация — процесс вовлечения в генетическую рекомбинацию хромосомы и гены ядра и органелл вне сексуального цикла, например, путем слияния изолированных протопластов. Приводит к появлению гибридных клеточных линий и соматических гибридов растений. [c.467]
Использование изолированных протопластов в селекции растений не ограничивается возможностью их индуцированного слияния и получения соматических гибридов. Изолированные протопласты способны поглощать из окружающей среды макромолекулы и органеллы, следовательно, в них можно вводить чужеродную информацию, не пересаживая ДНК или органеллы других клеток. Уже проведена успешная трансплантация изолированных ядер в протопласты петунии и табака. Вместе с тем поглощение протопластами чужеродных ядер не всегда ведет к образованию гибридов. Кроме ядер в изолированные протопласты удалось трансплантировать чужеродные хлоропласты. Из этих протопластов Карлсон 158 [c.158]
Вторая группа методов ведет к самостоятельному, независимому от традиционных методов селекции, получению новых форм и сортов растений клеточная селекция с использованием каллусной ткани, соматическая гибридизация (слияние изолированных протопластов и получение неполовых гибридов), применение методов генной инженерии. [c.133]
В книге изложены некоторые сведения о биологических мерах борьбы с болезнями растений. По мнению авторов, именно эти методы, а также новые приемы селекции (получение плазмид, соматических гибридов на основе слияния протопластов) займут в будущем большое место в физиологии растений при выведении высокоустойчивых продуктивных сортов. [c.7]
Соматические клетки растений используют и для получения растительных гибридов. Клетки двух видов табака N. glau a, содержащего 24 хромосомы, и N. langsdorfii, содержащего 18 хромосом, могут сливаться, образуя гибриды с 42 хромосомами. При этом возникают каллусы, из [c.330]
Исключительный интерес представляет гибридизация соматических клеток растений. Для получения гибридных клеток растений приготавливают протопласты путем разрущения клеточных стенок соответствующими ферментами. Слияния протопластов добиваются обработкой их полиэтиленгликолем (ПЭГ) или другими химическими препаратами. В настоящее время путем слияния протопластов получены гетерокарионы двух разных видов табака, сои и гороха, табака и моркови, а также парасексуальные гибриды некоторых других видов растений. Такие гетерокарионы восстанавливают клеточные стенки и размножаются делением. Возникающая гибридная растительная ткань (каллус) может расти на специальной среде, обогащенной растительными гормонами. После образования побегов и листьев такие соматические гибриды ири- [c.170]
Соматический гибрид — регенерантное растение, полученное путем слияния (гибридизации) соматических клеток. [c.467]
Особая ценность протопластов для селекции растений определяется целым рядом их свойств. Во-первых, протопласты можно получать в большом количестве и отбирать из них разновидности с полезными свойствами. Хотя сами протопласты генетически единообразны, формирующиеся из них каллусы дают растения, существенно различающиеся по внешним признакам. Во-вторых, отсутствие клеточной стенки облегчает слияние протопластов и образование гибридов. Поскольку при этом сливаются соматические, как минимум диплоидные, клетки, селекционер растений получает в свои руки мощный инструмент для отбора. В-третьих, в отсутствие клеточной стенки облегчается-захват чужеродной ДНК — фрагментов молекул или же бактериальных плазмид, в результате чего формируются растения с совершенно новым набором признаков. [c.383]
Обсуждены разные приемы клеточно-инженерной технологии на растительных, животных н бактериальных клетках. Рассмотрены проблемы модификации протопластов и соматической гибридизации клеток растений, способы получе ния гибридов и методы идентификации и выделения ассоциаций клеток высших растений с микроорганизмами. [c.4]
VI э т а п (1960—1975 гг.). Наиболее важным событием этого периода была разработка профессором Ноттингемского университета Э.К. Коккингом метода получения ферментативным путем изолированных протопластов из корней и плодов томата и культивирования их в контролируемых условиях. Позже в 1970 г. в той же лаборатории Пауэром и сотр. было осуществлено искусственное слияние протопластов, что открыло новый путь к созданию соматических гибридов. Еще один метод, разработанный в этот период,— это микроразмножение растений в условиях in vitro с использованием меристемной культуры. Первоначально этот метод был разработан французским ученым Ж. Морелем для получения оздоровленного посадочного материала орхидей. [c.79]
Гибридизация соматических клеток. Следующий метод клеточной селекции — создание неполовых гибридов путем слияния изолированных протопластов, полученных из соматических клеток. Этот метод позволяет скрещивать филогенетически отдаленные виды растений, которые невозможно скрестить обычным половым путем, вызывать слияние трех и более родительских клеток, получать асимметричные гибриды, несущие весь генный набор одного из родителей наряду с несколькими хромосомами или генами, или только органеллами и цитоплазмой другого. Гибридизация соматических клеток дает возможность не только соеди-нить в одном ядре гены далеких видов растений, но и сочетать в гибридной клетке цитоплазматические гены партнеров. [c.154]
В настоящее время методом парасексуальной гибридизации получено большое число межвидовых, межсемейственных и межтрибных гибридов. Однако во многих случаях гибридные растения, полученные таким путем, в той или иной степени ненормальны. Примером может служить соматический гибрид между арабидопсисом и турнепсом, который является растением-монстром. Возникающие аномалии являются результатом хромосомной несбалансированности (Ю.Ю. Глеба, 1982). [c.156]
Исследователями предпринято много попыток парасексуаль-ной гибридизации и в ряде случаев были получены гибридные растения. Ю. Ю. Глеба и К. М. Сытник (1984) приводят подробный список внутривидовых и межвидовых соматических гибридов, а также примеры гибридов межродовых и межсемейст-венных. [c.48]
На регуляцию морфогенеза существенно влияет качество света. Показано (Л. Коппель, 1992), что морфогенный каллус образуется чаще на синем свету, чем на белом или красном. Изменения на уровне индивидуальных белков во время реализации морфогенетической программы в культуре тканей позволили говоррггь о существовании белков развития. Однако отсутствие специфических тестов на эти белки не позволяет их выяврггь. Вместе с тем при использовании гибридов, продуцирующих моноклональные антитела на мембранные белки соматических зародышей, удалось выявить полипептид с молекулярной массой 45 кДа, который встречается в ядре нескольких видов растений и возможно участвует в регуляции клеточного деления (Г. Смит и др., 1988). В настоящее время большое внимание уделяется генетическому аспекту морфогенеза, изучению соматического эмбриогенеза как генетически наследуемого признака. Роль основного двигателя процесса развития отводится дифференциальной активности генов. Предполагается, что гены, контролирующие соматический эмбриогенез, начинают экспрессироваться в критические периоды развития эмбриоидов (H.A.Моисеева, 1991). [c.176]
Чтобы изучить судьбу ядер после поглощения, использовали очень результативную модельную систему — две светочувствительные комплементарные мутантные линии N. taba um зеленеющую и сублетальную. Гены, ответственные за светочувствительность в этой системе, являются ядерными генами. Это создает систему для скрининга соматических гибридов. У растений обоих видов изолировали протопласты и выделяли ядра. Изолированные ядра одной мутантной линии вводили в протопласты другой.. Про- ТОПЛасТЫ после введения в них пласт клеток высших растений (по ядер переносились в культуру. I, Potrykus, F. Hoffmann. 1973) [c.49]
Разработка и применение способов получения и слияния протопластов растительных клеток, а также регенерации у них клеточной стенки в сочетании с методами культивирования и диффе-ренцировки клеток in vitro позволили конструировать рекомбинанты, минуя половой процесс, т. е. создавать соматические гибриды. Как известно, процесс слияния протопластов неспецифичен. Слияние протопластов осуществляют в жидких средах с помощью полиэтиленгликоля. Это позволяет объединять протопласты отдаленных видов растений, между которыми половая гибридизация невозможна, и таким образом расширять круг растений, вовлекаемых в гибридизацию. [c.142]
ГОГО полового способа для введения в растение признака устойчивости к болезни. Однако сейчас стало возможным пара-сексуальное слияние культивируемых соматических клеток. Обычные растительные клетки не могут сливаться в культуре, так как их стенки препятствуют объединению протопластов. Однако с помощью смеси ферментов, разрушающих клеточные стенки, их можно растворить. Вначале для отделения одной клетки от другой используется пектиназа. Затем для разрушения стенок отдельных клеток применяют целлюлазу. Протопласты (содержимое живых клеток) можно затем собрать в иде осадка путем осторожного центрифугирования, обращаясь с ними как со свободноживущими микроорганизмами, лишенными оболочек (рис. 14.20). Если разрушение стенок производят в гипертоническом растворе, чтобы предотвратить разрыв протопластов, то изолированные ( голые ) протопласты остаются живыми. В соответствующих условиях у них может вновь образоваться стенка, они начинают делиться и затем регенерируют в целое растение. Если протопласты от двух разных видов растений смешать в присутствии индуцирующих слияние агентов, таких, как полиэтиленгликоль, то небольшая часть этих протопластов сольется друг с другом, образовав гетерокарионы (рис. 14.21), т. е. клетки, содержащие множество ядер от разных источников (рис. 14.22). При слиянии ядер могут образоваться настоящие парасексуальные гибриды. [c.436]
Разработаны приемы освобождения растительных клеток от твердых клеточных оболочек для получения культуры изолированных протопластов, отграниченных от окружающей среды одной только плазмалеммой. Изолированные протопласты получают в результате комбинированного действия ряда ферментов (пектиназы и целлулазы), которые гидролизуют клеточные оболочки. В результате возникает возможность более детального изучения внутреннего строения клетки. Культивирование протопластов приводит в дальнейшем к ресинтезу клеточных стенок и образованию обычной культуры клеток, из которой затем можно вновь регенерировать целое растение. Изолированные протопласты представляют также большой научный и практический интерес, поскольку, изменяя соответствующим образом состав питательной среды, можно стимулировать их слияние друг с другом, осуществляя таким образом процесс так называемой соматической (неполовой) гибридизации растительных клеток. Культивируемые затем в определенных условиях гибридные протопласты могут дать начало новому растению с признаками, унаследованными от обоих родителей. Соматическая гибридизация может применяться во всех случаях, когда получение гибридов обычным (половым) путем невозможно из-за ряда физиологических или цитогенетических барьеров между растениями, например при отдаленной гибридизации. [c.10]
В присутствии ПЭГ наблюдается сильная адгЬзия протопластов, а после удаления ПЭГ и добавления Са + — их слияние. С использованием этого метода получены гибриды разного типа, в том числе соматические гибридные клетки между протопластами растений и животными клетками, протопластами растений и водорослей. [c.43]
Сущность этого способа гибридизации заключается в том, что в качестве родительских используются не половые клетки (гаметы), а клетки тела (сомы) растений, из которых изолируют протопласты. И в отличие от полового скрещивания, где имеет место одностороннее исключение протоплазмы, при соматической гибридизации в образовавшемся гибриде оба пйртнсра ямжт более или менее равный цитоплазматический статус. Слияние протопластов способствует объединению двух различных цитоплазм. В большинстве исследований слияние протопластов высших растений приводит к образованию либо гибрида, либо цибрида. Цибридное растение содержит цитоплазму обоих партнеров, ядро — одного. Образование растения с гибридной цитоплазмой и органеллами обоих партнеров, но содержащее в своих клетках ядро только одного вида, возможно в том случае, если [c.46]
chem21.info
3. Гибридизация соматических клеток. Методы и условия культивирования изолированных клеток и тканей растений
Похожие главы из других работ:
Аспекты биотехнологического процесса
9. Применение растительных клеток для трансформации лекарственных веществ. Преимущества получения целевых продуктов с использованием культур клеток растении по сравнению с традиционными. Экономические аспекты биоиндустрии культуры тканей растений
Растения являются продуцентами многих БАВ - соединений, способных оказывать слияние на биологические процессы в организме. К таким соединениям принадлежат сердечные гликозиды, сапонины, стерины, каратиноиды, полифенолы, алкалоиды, витамины...
Клеточная биотехнология
Культуры отдельных клеток
Для генетических и физиологических исследований, а также для практического использования в клеточной селекции очень ценном является культивирование отдельных клеток...
Методи исследования клеток
3.1 Методы культивирования клеток
Большинство видов клеток растений и животных в благоприятных условиях способны выжить, размножиться и даже дифференцироваться. Используя методы культуры ткани, можно изучать клетки под микроскопом или анализировать их биохимически...
Мутационная изменчивость микроорганизмов – производителей антибиотиков
1.2 Гибридизация путем скрещивания
Наиболее простой путь создания организмов с желаемым комплексом генетически обусловленных признаков -- это скрещивание штаммов, принадлежащих к противоположным половым типам. Как про-...
Нейронная теория
4. Кровоснабжение нервных клеток
Высокая потребность нейронов в кислороде и глюкозе обеспечивается интенсивным кровотоком. Кровь протекает через мозг в 5-7 раз скорее, чем через покоящиеся мышцы. Мозговая ткань обильно снабжена кровеносными сосудами...
Нервная система и координация
3. Строение нервных клеток
Нервные клетки, называемые нейронами, настолько важны для работы всей нервной системы, что они заслуживают более пристального рассмотрения. На самом деле, это не единственный вид клеток...
Открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности
3.1 Перепрограммирование соматических клеток
Стержневой метод перепрограммирования (см.рисунок 6.) для получения iPS-клеток - использование вирусных векторов...
Понятие клетки
Строение клеток
Все клеточные формы жизни на земле можно разделить на два надцарства на основании строения составляющих их клеток -- прокариоты (доядерные) и эукариоты (ядерные). Прокариотические клетки -- более простые по строению, по-видимому...
Стволовые клетки
3. Типы стволовых клеток
Различают несколько типов стволовых клеток. Прежде всего, это эмбриональные и взрослые (от взрослого организма) стволовые клетки. Гемопоэтические стволовые клетки участвуют в гемопоэзе и происходят из костного мозга...
Тканевая инженерия
1.2 Добыча клеток
Клетки могут быть получены из жидких тканей, такие как кровь, множеством способов, как правило, это центрифугирование?. Из твердых тканей клетки добывать труднее. Обычно ткань превращают в фарш...
Трансдукция механических стимулов
Адаптация волосковых клеток
Волосковые клетки чрезвычайно чувствительны, пороговые ответы в них возникают при смещении волоскового пучка менее чем на 10--9 м. Поэтому кажется весьма вероятным...
Фотоповреждение клеток и клеточных структур ультрафиолетовым излучением
2. Защита клеток от фотоповреждения ДНК
В клетках есть ряд специальных систем, защищающих ДНК от фотоповреждения и репарирующих повреждения ДНК, которые могут привести к наследуемым генетическим сдвигам...
Фотоповреждение клеток и клеточных структур ультрафиолетовым излучением
5.3 Фотоинактивация клеток
Чувствительность клеток к ультрафиолетовой инактивации зависит как от вида клеток и их функционального состояния, так и от параметров облучения - длины волны, интенсивности, времени облучения и т.д...
Хромосомы – материальные носители генетической информации. Единый генетический код
Деление клеток
Митоз Митоз, или непрямое деление, - основной способ размножения эукариотических клеток, обусловливающий, в частности, возможность увеличения их биомассы, рост и регенерацию...
Цитогенетика как наука
4. Сравнительная геномная гибридизация
Следующей трансформацией цитогенетики является реализация широкого сканирования генома на потерю или увеличение хромосомного материала без прямого осмотра хромосом. Техника, которая делает это возможным...
bio.bobrodobro.ru
Соматическая гибридизация | Бесплатные курсовые, рефераты и дипломные работы
Уровень аппаратных абстракций
Микроядро
Драйверы устройств
Этот компонент просто преобразует вызовы драйверов в функции, работающие непосредственно с оборудованием.
Это ядро операционной системы (некоторые считают, что это и есть операционная система, а все остальное — ее службы). Этот компонент управляет потоками процессов, предназначенными для микропроцессора, назначения потоков, многозадачности и т.д. Ядро Windows 2000 — это ядро с приоритетом прерываний, поэтому потоки могут прерываться, а последовательность их выполнения изменяться.
Уровень аппаратных абстракций (HAL) скрывает подробности интерфейса оборудования от других служб и компонентов. Другими словами, это абстрактный уровень, расположенный над действительным оборудованием, через который проходят все вызовы к оборудованию. Уровень аппаратных абстракций содержит все необходимые … команды обработки интерфейсов ввода-вывода оборудования, прерываний оборудования и т.д. Этот уровень также отвечает за поддержку платформ Intel и Alpha, что позволяет одному исполняющему уровню Windows работать на обеих платформах.
Разработка способов индукции слияния протопластов вместе с развитием экспериментальной техники культивирования клеток in vitro, дающей возможность получения изолированных протопластов, их культивирования и образования каллуса и в дальнейшем целого растения, сформировало новый очень интересный и перспективный метод гибридизации растений — парасексуальную, или соматическую, гибридизацию.
Сущность этого способа гибридизации заключается в том, что в качестве родительских используются не половые клетки (гаметы), а клетки тела (сомы) растений, из которых изолируют протопласты.
Соматическая гибридизация — это метод создания неполовых гибридов путем слияния изолированных протопластов, полученных из соматических клеток. Гибридизация соматических клеток дает возможность не только соединить в одном ядре гены далеких видов (родов, семейств) растений, между которыми невозможно половое скрещивание, но и сочетать в гибридной клетке цитоплазматические гены партнеров.
Для получения гибридных клеток растений приготавливают протопласты путем разрушения клеточных стенок соответствующими ферментами. Слияния протопластов добиваются обработкой их полиэтиленгликолем (ПЭГ) или другими химическими препаратами. ПЭГ способствует агрегации протопластов. Собственно слияние мембран происходит только тогда, когда суспензию отмывают от ПЭГ раствором с высоким рН и высоким содержанием Са2+, которые существенно увеличивают текучесть мембран до фазового разделения и слияния.
Другим способом получения соматических гибридов является электрослияние. Слияние, индуцируемое электрическими импульсами, можно объяснить следующим образом. Импульс короткой продолжительности вызывает диэлектрическое разрушение соприкасающихся мембран протопластов. Вокруг дырки возможен обмен липидными молекулами, образование липидных мостов, что в конце концов приводит к слиянию мембран. Это энергетически более выгодное состояние, чем существование двух поврежденных мембран. Процессы, сопровождающиеся обменом липидов, отражают особенности жидкой мозаичной структуры клеточной мембраны и могут быть связаны с ее текучестью.
В отличие от полового скрещивания, где имеет место передача цитоплазмы только от материнского организма, при соматической гибридизации в образовавшемся гибриде оба партнера имеют более или менее равный цитоплазматический статус. Слияние протопластов способствует объединению двух различных цитоплазм. В большинстве исследований слияние протопластов высших растений приводит к образованию либо гибрида, либо цибрида. Цибридное растение содержит цитоплазму обоих партнеров, ядро — одного. Образование растения с гибридной цитоплазмой и органеллами обоих партнеров, но содержащее в своих клетках ядро только одного вида, возможно в том случае, если после слияния протопластов не происходит соединения ядер и одно ядро дегенерирует.
Важным моментом в изучении индуцированного слияния двух неродственных протопластов является селективный маркер, используемый для идентификации продукта гетероплазматического слияния, так как эффект индуктора не специфичен и вызывает агрегацию и слияния протопластов как одного и того же вида, так и различных видов. Для идентификации гетероплазматического продукта могут служить пластиды. Например, в случае индуцируемого ПЭГ слияния протопластов сои и капусты гетерокарион получал хлоропласты от капусты и плотную цитоплазму и неокрашенные пластиды от протопластов сои. При межродовом слиянии протопластов табака и моркови как селективные маркеры использовались зеленые хлоропласты табака и красные, содержащие антоциан, протопласты моркови. Четко различимы были продукты слияния при межвидовой гибридизации между протопластами двух видов Torenia. Протопласты Т. fournieri, содержащие антоциан, комбинировались с протопластами Т. baitlonii, содержащими только хромопласты или только хлоропласты. Кроме пластид могут быть использованы биохимические и генетические маркеры, такие, как изоферментный состав, структура нуклеиновых кислот, устойчивость к антибиотикам, число хромосом, кариотипы.
Основной недостаток метода соматической гибридизации — низкая частота регенерации соматических гибридов, особенно межвидовых и межродовых. В связи с этим соматическую гибридизацию широко применяют у видов с высоким регенерационным потенциалом in vitro, прежде всего семейств Пасленовые, Капустные, Сельдерейные, Лилейные.
С помощью соматической гибридизации между культурными растениями и дикими видами были получены: сорта картофеля, устойчивые к вирусным заболеваниям, фитофторозу, колорадскому жуку; томаты, устойчивые к вирусу табачной мозаики.
Впервые зрелый межвидовой гибрид, полученный в результате парасексуальной гибридизации протопластов 2 сортов табака (Nicotiana glauca c 24 хромосомами и N.langsdorfii c 18 хромосомами), описан Карлсоном в 1972 г. Каллус амфиплоидного гибрида мог расти на безгормональной среде. Гибридное растение цвело. С тех пор были получены жизнеспособные внутривидовые, межвидовые, межродовые гибриды.
Осуществлено слияние протопластов культурного картофеля сорта Приекульский ранний (Solanum tuberosum) с протопластами дикого картофеля (S. chacoense). Известно, что у дикого картофеля клубни очень мелкие. Вместе с тем, растение устойчиво ко многим заболеваниям. Картофель сорта Приекульский ранний образует крупные клубни, но растения этого сорта восприимчивы к болезням. Размеры протопластов у этих растений разные. Соматические гибриды по форме листьев и кустов, размеру клубней занимали промежуточное положение между культурными и дикими растениями. Вместе с тем гибрид, полученный в результате соматической гибридизации, оказался устойчивым к вирусу «У», чем отличался от полового гибрида.
Первая попытка по созданию межродовых гибридов принадлежит Г. Мельхерсу, создавшему в 1978 году гибрид картофель + томат, так называемый томатофель. Гибрид был стерилен, морфологически аномален: толстые корни, отсутствие типичных столонов, махровые цветки. Было еще несколько попыток получения таких гибридов, но все растения стерильны. Эти эксперименты показали ограниченность применения парасексуальной гибридизации для прикладной селекции. Японскими исследователями (Х. Кисака с соавт., 1997) путем электрослияния протопластов ячменя и риса был получен межродовой соматический гибрид. Протопласты риса получали из суспензионной культуры, а протопласты ячменя были изолированы из молодых листьев. Часть полученных каллусов сформировали зеленые участки и побеги. Только один побег сформировал корни, и это растение было успешно перенесено в почву. По морфологии было близко к растениям риса. Цитологический анализ показал, что растение имело и маленькие хромосомы от риса, и большие от ячменя. Были проанализированы также митохондриальная и хлоропластная ДНК. Растение содержало новые последовательности и в митохондриальной, и в хлоропластной ДНК, которые не обнаруживались ни в одном из родителей.
Ю. Ю. Глебой с сотрудниками проводились многочисленные эксперименты по созданию межтрибных гибридов. Триба — таксономическая единица между семейством и родом. Получены удачные гибриды между арабидопсисом и турнепсом — арабинобрассика. У гибридных линий индуцировали морфогенез корней и растения. Растения были уродливы, имели очень много тератомоподобных образований, похожих на цветки.
Была осуществлена гибридизация 2-х родов пасленовых дурмана и красавки. Удалось регенерировать растения. Во всех случаях выявлены хромосомы обоих родительских видов. Регенерировавшие растения были стерильны, похожи на дурман, но содержали небольшое количество хромосом красавки.
В других экспериментах сливали протопласты красавки с каллусными клетками китайского табака. Получили 12 клонов. В клетках всех клонов обнаружили хромосомные типы обоих родителей, через год только у двух клонов происходила полная элиминация хромосом красавки.
Морковь + сныть: из образовавшейся каллусной ткани через полгода регенерировали аномальные растения. Одно из них цвело, но у цветка отсутствовали пыльники и пестик.
Интересные эксперименты были проведены в этой же лаборатории по гибридизации хлорофиллдефектного табака с красавкой. После слияния получили 40 фотосинтезирующих колоний, из них 4 клеточных линии дали нормальные растения красавки, 4 — аномальные по морфологии гибриды табак + красавка, остальные — зеленые, иногда пестролистные растения, идентичные табаку, которые цвели, давали семена. Они содержали хромосомы табака и пластиды красавки. Это были первые фертильные межтрибные гибриды.
Первые работы по получению межсемейственных гибридов проведены К.Као и В.Веттером в 1976-77 гг. (соя + табак). Позднее в лаборатории Ю.Ю.Глебы провели аналогичные эксперименты пасленовые + бобовые и лилейные (горошек + табак и лук + табак). И.Ф.Каневскому удалось индуцировать морфогенез стеблеподобных тератом в культуре межсемейственных гибридов N.tabacum + Vicia faba.
Практически во всех случаях наблюдалась видоспецифичная элиминация хромосом одного из родителей. В культурах межсемейственных гибридов наблюдалось много многоядерных клеток, клеток с мини ядрами, в метафазах делений встречались гигантские хромосомы. Отмечена асинхронность в расхождении родительских хромосом в анафазе. Морфогенез у такого материала отмечен не был.
Для отдаленных гибридов характерно:
1. Относительная стабильность гибридного состояния, при котором не наблюдается полной элиминации генетического материала одного из родителей.
2. Генетические перестройки (реконструкция и частичная элиминация хромосом).
3. Генетическая разнокачественность клонов гибридных клеток.
4. Ограниченная морфогенетическая способность.
Изучение межцарственных гибридов клеток "животное + растение" показало, что на этапе слияния видоспецифичность не проявляется, поэтому можно слить даже животную и растительную клетки. На более поздних этапах онтогенеза эти различия сказываются, что было установлено в экспериментах по слиянию протопластов арабидопсиса и табака с лимфоцитами человека. При этом происходило слияние цитоплазмы, ядра не сливались. Эдвард Коккинг параллельно проводил изучение ультраструктуры таких гибридов, работая с клетками амфибий и протопластами моркови. После объединения клеток ядра амфибии были окружены тонким слоем собственной цитоплазмы, но уже через 48 часов отмечалось полное смешивание цитоплазмы и регенерация клеточной стенки вокруг гетерокариона.
refac.ru
Гибридизация соматических клеток
Разработка методов индуцированного слияния протопластов, а также развитие техники культивировании растительных клеток in vitro, обеспечивающей возможность получения изолированных протопластов, их выращивания с образованиемкаллуса и в последующем целого растения, обеспечила формирование нового весьма перспективного метода гибридизации растений, получившего название соматической гибридизации. Сущность данного приема состоит в том, что в качестве гибридизуемых клеток используют не гаметы (репродукционные клетки), а клетки тела растений (соматические), из которых получаются протопласты. Слияние протопластов обеспечивает объединение не только клеточных геномов, но и двух различных цитоплазм. В большинстве описанных (известных) случаев слияние протопластов высших растений приводит к образованию либо гибрида, либо цибрида. Цибридное растение содержит цитоплазму обоих партнеров, а ядро – одного.
Важным моментом при индуцированном слиянии гетерологичных (неродственных) протопластов является наличие подходящего селективного маркера, позволяющего идентифицировать нужный продукт слияния, поскольку индуктор в своем воздействии неспецифичен и способствует агрегации и слиянию протопластов как одинаковых, так и гетерологичных видов. Одним из таких маркеров могут быть пластиды и, в частности, хлоропласты. Конечно, помимо пластид можно использовать (и, по-видимому, с не меньшим успехом) биохимические или генетические маркеры: например, изоэнзимный состав, особенности нуклеиновых кислот, устойчивость к определенным веществам, количество хромосом или кариотипы клеток.
Протопласты являются весьма лабильными образованиями и могут служить объектами для введения в клетку чужеродных материалов не только путем соматической гибридизации за счет слияния протопластов, но и посредством переноса в них изолированных ДНК или органелл других клеток. Удалось трансплантировать ядра, хлоропласты, что позволяет рассматривать данный прием в качестве достаточно перспективного для целей клеточной инженерии. Таким образом, в настоящее время уже существуют методы, позволяющие осуществлять
конструирование клеток растений с новыми свойствами с последующим получением из них не только клеточных систем, но и целых растений, соответствующих насущным потребностям человека.
Литература Основная
Елинов Н. П. Основы биотехнологии. СПБ: Наука, 1995.
Бекер М. Е., Лиепиньш Г. К., Райнулис Е. П. Биотехнология. М.: Агропромиздат, 1990.
Серия «биотехнология»: в 8 кн. / Под ред. Н. С. Егорова и В. Д. Самуилова. М: Высш. Шк., 1987–1988.
Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. М.: Мир, 1987.
Сельскохозяйственная биотехнология: векторные системы молекулярного клонирования. М.: Агропромиздат, 1991.
Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. М.: Мир, 2002.
Дополнительная
Сб. «Биотехнология» / Под ред. А. А. Баева М.: Наука, 1984.
Овчинников Ю. А. Биоорганическая химия. М.: Просвещение, 1987.
Дебабов В. Г., Лившиц В. А. Современные методы создания штаммов промышленных микроорганизмов. 1987.
Бутенко Р. Г. и др. Клеточная инженерия. 1987.
Гриневич А. Г., Босенко А. М. Техническая микробиология. Мн.: Выш. шк. 1986.
Грачева И. М. Технология ферментных препаратов. М.: Агропромиздат, 1987.
Березин И. В. и др. Инженерная биотехнология. 1987.
Быков В. А. и др. Микробиологическое производство биологически активных веществ и препаратов. 1987.
Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology // Ed. In chief A.L.Demain, J.E.Davies.-ASM.Washington, DC,. 1999.
studfiles.net
Гибридизация соматических клеток
Установлено, что клетки, зараженные каким-нибудь вирусом, могут сливаться с здоровыми клетками и образовывать гигантские многоядерные клетки.
Эти наблюдения были использованы при разработке техники гибридизации соматических клеток. Для гибридизации используется вирус Сендай, обладающий способностью сливать клетки между собой. В результате обработки этого вируса ультрафиолетовыми лучами или алкилирующим мутагеном удается повредить его РНК и оставить неповрежденной белковую оболочку. Такой инактивированный вирус утрачивает свои инфекционные свойства, но сохраняет способность сливать соматические клетки. С помощью инактивированного вируса Сендай удалось повысить выход гибридных клеток в несколько тысяч раз. При внесении инактивированного вируса Сендай в смешанную культуру двух типов клеток з некотором количестве образуются многоядерные гибридные клетки — гетерокарионы, содержащие в общей цитоплазме ядра обеих родительских клеток; Большинство многоядерных гетерокарионов быстро погибает, но те из них, которые содержат по одному ядру обеих исходных клеток, часто выживают и размножаются делением. После митоза и деления цитоплазмы из двухъядерного гетерокариона образуются две одноядерные клетки (синкарионы), то есть настоящие гибридные соматические клетки.
Используя вирус Сендай, удалось осуществить слияние клеток абсолютно разных видов организмов и тканей. В качестве родительских брали самые разные клетки животных, человека и бактерий При слиянии клеток разных видов животных были получены межвидовые гибриды клеток мыши и человека, крысы и человека, человека и китайского хомячка, человека и курицы, человека и москита, крысы и мыши, мула и мыши и др. Оказалось возможным также гибридизировать клетки разных тканей или нормальные клетки с опухолевыми. Такие межвидовые гибридные клетки жизнеспособны и часто размножаются в течение длительного времени.
Факт совместимости клеток разного происхождения поразительный. Известно, что половые клетки совмещаются только при гибридизации близких по происхождению видов и то с большим трудом. Межвидовые гибриды соматических клеток используют в настоящее время для решения ряда важнейших генетических и биологических проблем. Так, с их помощью оказалось возможным проводить генетический анализ и картирование хромосом у человека. Размножаясь делением как обычные клетки, соматические гибриды в силу их митотической, нестабильности в каждом поколении постепенно теряют хромосомы одного из «родителей», происходит так называемая сегрегация хромосом. Например, гибриды клеток человека и мыши через сто последовательных клеточных делений, то есть примерно в течение трех месяцев, полностью утрачивают хромосомы человека. Если с утратой гибридной клеткой какой-нибудь хромосомы человека перестает вырабатываться определенный фермент, это, как правило, указывает на то, что ген, контролирующий работу этого фермента, сцеплен с ушедшей хромосомой. Недавно были получены первые гибриды между растительными и животными клетками. В качестве родительских клеток брали эритроциты крови курицы и дрожжевые клетки, а также клетки человека и моркови или табака. Открываются также возможности пересадки ядер растительных клеток в цитоплазму клеток животных.
Гибриды соматических клеток представляют большой интерес для изучения регуляции работы генов, ядерно-цитоплазматических отношений, дифференцировки клеток, а также проблемы злокачественного роста.
Исключительный интерес представляет гибридизация соматических клеток растений. Для получения гибридных клеток растений приготавливают протопласты путем разрушения клеточных стенок соответствующими ферментами. Слияния протопластов добиваются обработкой их полиэтиленгликолем (ПЭГ) или другими химическими препаратами. В настоящее время путем слияния протопластов получены гетерокарионы двух разных видов табака, сои и гороха, табака и моркови, а также парасексуальные гибриды некоторых других видов растений. Такие гетерокарионы восстанавливают клеточные стенки и размножаются делением. Возникающая гибридная растительная ткань (каллус) может расти на специальной среде, обогащенной растительными гормонами. После образования побегов и листьев такие соматические гибриды прививают на один из родительских видов. Иногда на этих растениях развиваются цветки и семена. Получение гибридов растительных клеток путем слияния протопластов сопряжено с большими техническими трудностями. Можно надеяться, что они будут преодолены, и тогда откроются возможности для создания межвидовых гибридов растений, которые нельзя получить путем обычной гибридизации при половом размножении.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
www.activestudy.info
