Культивирование и слияние протопластов. Коллекционные центры сохранения генофонда растений.

Стр 1 из 4Следующая ⇒

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ЗАОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Контрольная работа по дисциплине: Введение в биотехнологию.

Выполнил студент 6-го курса

Факультет – Охотоведения и биоэкологи.

Специальность - Биология

Погонин Е.С.

Шифр: 4276

Основные результаты по получению химер, их практическое значение.

Началом систематических исследований химер явилась работа А.Тарковского из Краковского университета, сообщившего в 1961 г. об успешном объединении делящихся мышиных эмбрионов. Соединенные в пару бластоцисты образовали при культивировании в питательной среде единую крупную бластоцисту. Самым трудным в создании химеры оказался первый шаг. При обычном развитии эмбрионы окружены специальной оболочкой, предохраняющей их от спонтанной агрегации. При первых экспериментах эту оболочку удаляли механическим путем, засасывая эмбрион в узкий капилляр, что было подлинным испытанием как для исследователей, так и для самих эмбрионов, нещадно повреждаемых при этом. Это было только начало – тогда дальше получения зародыша продвинуться не удалось.

Год спустя американская исследовательница Б.Минц вырастила знаменитых мышат, одним из “родителей” которых были клетки опухоли, ведущей происхождение от эмбриона. Минц предложила растворять оболочку ферментом проназой. Фермент обнажает эмбрионы, а затем их надо столкнуть друг с другом (здесь в ход идут стеклянные иглы, пинцеты, волосяные петли и требуется высокое искусство – надо вовремя остановить процесс растворения белка, чтобы не задеть то, что лежит под оболочкой). Можно использовать и растительный белок – фитогемагглютинин, который хорошо склеивает клетки. Соприкоснувшись, зародыши продолжают слипаться самопроизвольно. Так получают агрегационных химер. Эксперименты показали, что агрегация благополучно совершается между эмбрионами, находящимися на 8–16 или на 32 стадиях клеточного деления. Лучше всего, если соединяются эмбрионы одного возраста. Минц первой удалось не только объединить пару эмбрионов (у которых было таким образом четыре родителя), но даже по десять и более, формируя огромные бластоцисты.

На сегодня с химерами млекопитающих работают десятки лабораторий, где, в полном смысле слова, “лепят” животных. В дело идут кусочки крошечных эмбрионов, а точнее, фрагменты бластоцист или целые бластоцисты. Объединенные бластоцисты имплантируют в организм приемной матери. У новорожденных организм оказывается построенным из разных клеток, ведущих родословную не от двух, как обычно, а от четырех и более родителей. Поэтому химер называют иногда еще “четырехродительскими” животными (tetraparental animals).

Одно из важных направлений в биотехнологии растений занимает клеточная селекция, при которой отбор клеточных линий и растений с новыми наследственными признаками производится на уровне культивируемых in vitro клеток. Получение растений из отобранных в селективных условиях мутантных клеток возможно благодаря уникальности растительной клетки.

Приемы культивирования растительных клеток и регенерации из них растений, разработанные для многих сельскохозяйственных культур, уже сейчас позволяют экспериментально реализовать возможности клеточной селекции, т. е. применять ее для создания новых сортов растений. Перечень мутантов с важными сельскохозяйственными признаками, селекция которых осуществима на клеточном уровне, довольно большой. К ним относятся мутанты устойчивости к стрессовым факторам, гербицидам, различным заболеваниям, сверхпродуценты незаменимых аминокислот.

Направления исследований, которые решаются с помощью клеточной селекции, не ограничиваются созданием ценного исходного материала. Методы клеточной селекции лежат в основе ряда технологий промышленного выращивания клеточных культур, продуцентов экономически значимых веществ. Эти направления исследований важны также для развития фундаментальных вопросов мутагенеза, генетики, молекулярной биологии, физиологии и биохимии растений. Благодаря новой технологии селекции получены многочисленные клеточные линии и растения, которые широко используются в качестве исходного материала для теоретических исследований. С их применением были выделены мутанты, ранее не известные у растений, а также первые мутанты, устойчивые к антибиотикам.

Применение достижений генетической инженерии в сельском хозяйстве очень широко. Это производство пищевого и кормового белка, утилизация веществ, вредных для окружающей среды, создание технологий безотходного производства, получение биогаза, выведение высокопродуктивных пород животных, новых сортов растений, устойчивых к болезням, гербицидам, насекомым, стрессовым воздействиям.

Культивирование и слияние протопластов. Коллекционные центры сохранения генофонда растений.

Изолированные протопласты, еще не образовавшие клеточной стенки, могут сливаться между собой. Слияние протопластов - своеобразный метод гибридизации, так называемая парасексуальная, или соматическая гибридизация. В отличие от обычной, где сливаются половые клетки (гаметы), в качестве родительских при парасексуальной гибридизации используются диплоидные клетки растений. Внеядерные генетические детерминанты у большинства высших растений наследуются в половом процессе строго одноядерно и матерински. Техника парасексуальной гибридизации может позволить:

· скрещивание филогенетически отдаленных видов растений (организмов),

· получение асимметричных гибридов, несущих генный набор одного из родителей наряду с несколькими хромосомами, органеллами или цитоплазмой другого,

· слияние трех и более клеток,

· получение гибридов, представляющих сумму генотипов родителей,

· перевод мутаций в гетерозиготное состояние, что позволяет получать жизнеспособные формы при слиянии протопластов, поскольку мутагенез довольно часто дает дефектное по морфогенезу растение,

· получение растений, гетерозиготных по внеядерным генам и др.

Парасексуальная гибридизация важна для анализа как ядерных генов, так и внеядерных геномов. Цитоплазматический геном кодирует ряд признаков - скорость фотосинтеза, устойчивость к патогенам, абиотическим факторам и т. д. Наличие косегрегация генов (признаки, контролирующие внеядерный геном, сегрегируют совместно) свидетельствует о физическом сцеплении генов.

Слияние бывает спонтанным (чаще у протопластов из молодых тканей или суспензионных культур) и индуцированным. Для стимуляции слияния протопластов предложен ряд методов, как физических, так и химических.

При физическом способе слияния протопластов, разработанном Г. Циммерманом с сотрудниками в 1981 году, протопласты помещают в камеру с неоднородным электрополем. На электродах образуются агрегаты из 2 - 3 протопластов, либо цепочки из 5 - 6 протопластов между электродами. Дополнительный единичный импульс постоянного тока приводит к образованию пор в сильно сжатых мембранах, происходит перетекание цитоплазмы, так как переменный ток удерживает протопласты вместе некоторое время, и протопласты в таких агрегатах сливаются. Затухающий ток приводит к возвращению сферической формы у слившихся протопластов.

В основе слияния лежит различное действие постоянного и переменного электрического тока на плазмалемму. Постоянное эклектическое поле сжимает мембраны, ведя к их локальному разрушению, а переменное электрополе вызывает латеральную диффузию белков мембраны, образуя свободные от гликопротеидов липидные области, где противоположные мембраны могут установить контакт.

Протопласты могут сливаться как попарно, так и в большем количестве. Многоядерные продукты слияния, как правило, разрушаются. Первое сообщение о получении соматических гибридов на уровне растений появилось в 1972 году (Карлсон и коллеги), в нашей стране подобное осуществили в лаборатории Бутенко Р.Г. в 1975 году.

Судьба геномов (ядерного и цитоплазматического) после слияния протопластов может быть различной:

· Ядерные генетические детерминанты наследуются как дву-, так и однородительски. В последнем случае ядра не сливаются и впоследствии сегрегируют в процессе клеточных делений.

· Внеядерные генетические детерминанты наследуются двуродительски. При этом в межвидовых комбинациях прослеживается тенденция к соматическому выщеплению и элиминации одного из родительских цитоплазматических геномов.

· Возникновение гибридных клеток и растений в результате слияния более чем двух родительских клеток.

Таким образом, слияние протопластов приводит либо к образованию гибрида, либо к образованию цибрида. Соматический гибрид - продукт слияния и цитоплазмы, и ядра обоих протопластов. Цибрид (цитоплазматический гибрид) - растение-регенерант, содержащее цитоплазму обоих родителей и ядро одного из них. Цибриды получают, облучая перед слиянием один из протопластов γ-лучами для разрушения ядра. Скрининг таких клеток проводится по генам – маркерам ядерного и цитоплазматических (митохондриального и хлоропластного) геномов. Есть указания на рекомбинацию ДНК митохондрий и хлоропластов в гибридных клетках (Ю.Ю. Глеба, К.М. Сытник, 1984).

При слиянии могут образовываться и так называемые асимметричные гибриды – продукты слияния, имеющие полный хромосомный набор одного из партнеров и часть хромосом другого партнера. Такие гибриды часто возникают при слиянии клеток организмов, филогенетически удаленных друг от друга. В этом случае вследствие неправильных делений клетки, обусловленных некоординированным поведением двух разнородных наборов хромосом, в ряду поколений теряются частично или полностью хромосомы одного из родителей. Асимметричные гибриды бывают устойчивее, плодовитее и жизнеспособнее, чем симметричные, несущие полные наборы генов родительских клеток. В целях асимметричной гибридизации возможна избирательная обработка клеток одного из родителей для разрушения части его хромосом. Возможен прицельный перенос в клетку нужной хромосомы.

Гибриды могут быть получены путем слияния трех и более родительских клеток. Из таких гибридных клеток могут выращены растения – регенеранты.

Ботаники уже недосчитываются нескольких сотен видов растений, которые совсем недавно играли важную роль в жизни растительных сообществ и приносили заметную помощь человеку. Многие виды занесены в Красную книгу как виды, которые находятся на грани вымирания. Лучшим способом охраны дикорастущих видов растений является сохранение естественных фитоценотических условий, при которых они развиваются и неотъемлемой частью которых являются. Для этих целей организуются заповедники, территории которых полностью исключаются из хозяйственной деятельности. Стремление сохранить в полном составе все растительные сообщества могло быть выполнено только в том случае, если эксплуатация растительных ресурсов (в частности, лесных) будет осуществляться на строго научной основе с одновременным проведением рекультивационных (для леса лесовосстановительных) работ, со своевременным и полным возмещением потерь природе. Но для выполнения такой задачи необходимо иметь весь растительный потенциал, то есть генофонд растущих на Земле видов.Вот почему важно повсеместно проводить охранные мероприятия и заботиться о каждой природной популяции с присущими ей неповторимыми свойствами. Красная книга и намечаемые меры по спасению редких видов и видов, находящихся в опасности, — это только предупреждение, что любой вид может оказаться в "бедственном" состоянии и попасть в категорию исчезающих. Нельзя допускать обеднения флоры. Конечно, каждый вид имеет свою историю, переживая период своего становления, развития и естественного старения. Одни виды растений приходят на смену другим, эволюционируют, как все живое на Земле. Но естественное отмирание вида не имеет ничего общего с гибелью отдельных растений, распадом популяций и исчезновением целых видов в результате загрязнения атмосферы и антропогенных воздействий на огромных территориях.

Наиболее крупные коллекции собраны в следующих ботанических:

1. Главный ботанический сад им. Н. В. Цицина РАН, Москва. Об щая площадь 361 га. Коллекции растений природной и культурной флоры насчитывают свыше 21 тыс. наименований (более 11 тыс. ви дов, форм и разновидностей и около 10 тыс. садовых форм и сортов). Коллекция редких и исчезающих растений включает 320 видов.

2. Ботанический сад Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН, Санкт-Петербург. Общая площадь 22,6 га. В коллекциях собрано 11664 таксона, среди них более 300 видов редких и исчезающих рас тений России и сопредельных стран.

3. Ботанический сад научно-производственного объединения “Нива Ставрополья” РАСХН, г. Ставрополь. Общая площадь – 207 га. В коллекционных фондах содержится более 5000 таксонов. Редкие и исчезающие растения представлены 291 видом.

4. Ботанический сад Московского государственного универси тета им. М.В. Ломоносова, Москва. Общая площадь – 36 га. В саду на считывается 6,5 тысяч видов, сортов и культиваров растений, в том числе 74 редких и исчезающих видов флоры России и 92 – флоры Московской области.

5. Ботанический сад Уральского отделения РАН, Екатеринбург. Общая площадь – 50 га. В коллекциях собрано около 3000 таксонов, в том числе 130 редких видов Урала.

6. Ботанический сад-институт Дальневосточного отделения РАН, г. Владивосток. Общая площадь – 170 га. В коллекциях насчитывается свыше 4000 таксонов. Число редких и исчезающих видов – 120, из них 100 – виды местной флоры.

7. Полярно-альпийский ботанический сад-институт РАН, г. Ки ровск. Общая площадь – 350 га. Число видов в коллекциях составляет более 2000, из них – 120 редких и исчезающих.

8. Центральный сибирский ботанический сад Сибирского отде ления РАН, г. Новосибирск. Общая площадь – 1062 га. В ботанических коллекциях насчитывается около 5000 таксонов, редких и исчезаю щих видов – 92.

Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 87; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!