Биотехнологии на основе культивируемых клеток и тканей
advertisement
КУЛЬТУРА ИЗОЛИРОВАННЫХ КЛЕТОК И ТКАНЕЙ В СЕЛЕКЦИИ РАСТЕНИЙ Селекционная практика основывается на двух принципиальных подходах: 1) создание генетического разнообразия. 2) отбор желаемых генотипов Клеточные технологии предлагают принципиально новые пути для создания генетического разнообразия и отбора форм с искомыми признаками Клеточные технологии в селекции растений Для облегчения и ускорения селекционного процесса Для создания генетического разнообразия и скрининга генотипов с важными признаками Эмбриокультура Клеточная селекция Экспериментальная гаплоидия Соматическая гибридизация Клональное микроразмножение новых сортов, гибридов, линий (включая создание искусственных семян) Генетическая трансформация Выращивание зародышей на искусственной питательной среде называется эмбриокультурой Практические аспекты использования эмбриокультуры: ¾получение межвидовых и межродовых гибридов ¾сохранение важного для селекции материала путем культивирования in vitro потерявших всхожесть семян; ¾сокращение длительного селекционного процесса путем ускорения in vitro прохождения жизненного цикла растения. Экспериментальная гаплоидия – получение гаплоидных растений в условиях in vitro Экспериментальная гаплоидия Андрогенез Гиногенез Андрогенез in vitro - процесс образования гаплоидного растения из микроспоры или клеток пыльцевого зерна Например, методом андрогенеза в разных странах созданы высокоурожайные и устойчивые сорта риса и пшеницы. Гиногенез in vitro - процесс образования гаплоидного растения из клеток зародышевого мешка. Основные направления клеточной селекции in vitro: отбор клеток устойчивых к гербицидам; отбор клеток устойчивых к засолению; отбор клеток устойчивых к экстремальным температурам; отбор клеток устойчивых к патогенам; отбор клеток, характеризующихся повышенным синтезом незаменимых аминокислот. Соматическая гибридизация – это метод получения гибридных растений в результате слияния протопластов, изолированных из соматических клеток родительских форм Клетка, в которой слияния ядер не произошло ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ РАСТЕНИЙ НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫЕ ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ, для решения которых осуществляется генетическая трансформация растений: повышение устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам; улучшение качеств запасных белков зерна; повышение эффективности азотфиксации и расширение круга культурных растений, способных к симбиотической фиксации азота; создание сверхпродуцентов биологически активных веществ. МЕТОД АГРОБАКТЕРИАЛЬНОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД Использование метода культуры клеток, тканей и органов растений для сохранения генофонда Для сохранения генофонда могут быть использованы: протопласты; суспензионные культуры клеток; каллусные культуры; пыльца и пыльники; культуры меристем побегов; зародыши; асептически выращиваемые целые растения. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ, используемые для решения проблемы сохранения генофонда хранение биологических хранение при замедлении объектов, не нарушая или полной остановке процессов роста роста (пересадочные коллекции) (депонирование коллекций, криосохранение) Недостатки пересадочных коллекций: 1) при субкультивировании возможны изменения коллекционных объектов; 2) трудоемкость; 3) необходимость значительных затрат; 4) при длительном субкультивировании снижается способность к регенерации. Депонирование коллекций (сохранение коллекций без частых пересадок) Разрабатываемые способы депонирования коллекций направлены на удлинение периода между пересадками объектов 3 3 Существует несколько способов, лимитирующих рост in vitro: снижение температуры, при которой происходит культивирование (1-10ºС; внесение в среду для культивирования соединений, способных замедлять рост. Это могут быть вещества, оказывающие осмотическое действие (маннит, сорбит, повышение концентрации сахарозы) или вещества гормональной природы (абсцизовая кислота, гидразид малеиновой кислоты, диметилгидразид янтарной кислоты); изменение состава атмосферного воздуха, с которым соприкасается культура (гипоксия, снижение атмосферного давления до 0,5 мм рт.ст). Криосохранение (сохранение объектов при температуре жидкого азота) ПРЕИМУЩЕСТВА: ¾обеспечение наиболее длительного сохранения коллекционных объектов; ¾значительная экономия затрат по сравнению с депонированием, и тем более пересадочными коллекциями; ¾полная сохранность образца и всех его свойств 1 2 3 5 6 4 7 10 8 9 Схема криосохранения культуры растительных клеток: 1 – подготовка культуры; 2 – концентрирование культуры; 3 – добавление криопротектора; 4 – перенос в ампулы; 5 – программное замораживание; 6 – помещение в жидкий азот; 7 – оттаивание; 8 – перенос на чашки Петри; 9 – удаление криопротектора; 10 – возобновление роста
