Бақылау сұрақтары: Микроспоралардың қалыпты in vivo дамуының кезеңдері.
Қоректік ортада өскен тозаңдар жасушаларының процестері.
Тозаңдарды қоректік ортада өсіріп гаплоидтар алу жолдары.
13
Тақырыбы: Аналық гаметофиттің іn vіtro жағдайында дамуы.
Дәріс тезистері: 1 Аналык гаметафитті өсіріп гаплоидтык өсімдіктерді алу әдісі
2 Мутагенез және іп vitro жағдайындағы жасушалық селекция
Гаплоидтық хромосомалар жиынтығы микроспорадан басқа тұқым бүршіктің генеративтік жасушасында, яғни жұмыртка жасушасында бар. Тұқым бүршігін өсіріп, гаплоидтық өсімдіктер алу гиногенез деп аталады, бұл апомиксистің /жыныссыз жолмен көбею/ бір түрі.
ГИНОГЕНЕЗ іn vitrо - аналық гаметофитті жасанды коректік ортада өсіргенде, аналық хромосомалар жиынтығы бар өсімдіктің пайда болу процессі.
Француз ғалымы Сан Ноум 1976 жылы арпаның ұрықтанбаған түйіндерін жасанды ортада өсіріп, бірінші рет нормалы жасыл гаплоидтық өсімдіктерді алды. Содан бері, әр түрлі жабық тұқымды өсімдіктердің ұрыктанбаған түйіндері мен тұқымбүршіктерін өсіріп гаплоидтық өсімдіктерді шығару төңірегінде көп эксперименттер өткізілді. Солар көрсеткендей, гаплоидтық өсімдіктер аналық гаметофиттің іп vitro аномальды дамуының нәтижесінде пайда болады» оның екі жолы бар: эмбриоидогенез және каллустағы органогенез.
Бұндай гаплоидтық өсімдіктердің құндылығы, олар тек аналық белгілермен тұқым куалайды. Аналық гаметофиттен алынған гаплоидтық өсімдіктердің артықшылығы, олар ешқашан альбинос болмайды. Өсірген түйіндер мен тұқым бүршіктердің цитогенетикалык зерттеулерін өткізгенде, ұрық капшығының ішіндегі жасушалары мен қатар қоршаған сомалық жасушаларының да бөлінуі анықталған. Нуцеллус пен интегументтерден диплоидтық және полиплоидтық өсімдіктер пайда болған.
С.Мұқамбетжанов бидайдың ұрыктанбаған түйіндерін өсіріп, олардың өсуі мен морфогенезін зерттеген. Ол көрсеткендей, ұрық қапшығы жасушалары мен оны қоршаған ұлпаларда мынадай морфогенездік процесстер орын алады: гиногенез /өсімдік жұмыртқа жасушасынан түзіледі/, апогаметия /өсімдік синергидалар мен антиподалардан түзіледі/ және адвентивтік эмбриония /өсімдік нуцеллус пен интегумент жасушаларынан түзіледі/.
Сөйтіп, ұрықтанбаған түйіндер мен тұқым бүршіктерін өсіргенде, каллустардың сомалық диплоидтық жасушаларынан пайда болуы әбден мүмкін. Ал аналық гаметофит өсімдік түйінінде дамитын болғандықтан, оны зақым тигізбей жекелеп бөліп алу өте қиын. Тұқым бүршікті механикалық жолмен не болмаса, қоршап тұрған ұлпаларды пектиназалармен ерітіл фермегатік жолмен бөліп алуы жақсы нәтиже берген жок. Сондықтан аналық қасиеттері бар гаплоидтық өсімдіктерді псевдогамия процессі арқылы алу тиімді. Бұл гаплоидтық партеногенездің өте ерекше түрі, ол үшін тозаңдануды Hordeum bulbosum тозаңымен өткізу керек. Жабайы арпа хромосомаларының селективті элиминациясы салдарынан, регенерант өсімдік аналық жасушадан дамиды және аналықтың барлық белгілерін ұстайды.
2. Жасанды қоректік ортада өскен жасушалардан бастапқы материал алу үшін, жаңа әдіс ретінде табиғи және эксперименттік мутагенезді пайдалану тәжірибелерде кеңінен қолданылуда. Жасушалық селекция -сұрыптаушы қоректік ортаны қолданып, мутант жасушалар мен жасушалардың сомаклондык, вариацияларын бөліп алу әдісі. Жасушалық селекция а/ сомалық жасушалар популяциясының өте жоғары өзгергіштігіне; б/ осы өзгергіштікті түрлі мутагендерді қолданып арттыруына; в/ генетикалық жағынан өзгерген жасушалар клонын аныктайтын және іріктеп алатын селективті жүйелер жасауына негізделген. Өзгерген жасушалардан тотипотенттілік қасиеті арқасында өзгерген өсімдіктер алынады. Жасушалар популяцияларында табиғи мутациялар сирек байқалады, сондықтан мутациялар жиілігін арттыру үшін, индукцияланған мутагенезді қолданады. Өте тиімді мутагендер қатарына у-рентген және ультракүлгін сәулені, метилметансульфонат /ММС/ жатады. Жасуша деңгейіндегі сұрыптауды қолданып мутант жасушалар формаларын алу төменде келтірілгендей бірнеше кезеңнен тұрады:
1. жасушалар суспензиясын немесе протопласттарды мутагендермен өңдеу,
2. жасушаларды сұйық коректік ортада өсіру,
3. жасушалар суспензиясын сұрыптау жағдайына ауыстыру,
4. дамып жетіле бастаған колонияларды бөлу,
5. сұрыптау факторына резистенттік /тұрақты/ клондарды іріктеп алу,
6. органогенезді индукциялау,
7. өзгерген өсімдіктер алу.
Жасанды ортада өсірген жасушаларда өзгергіштіктің бірнеше типі болатындығын ескерген жөн, олар: генетикалық, эпигенетикалық, модификациялык, Сұрыптау үшін тек қана тұқым қуалайтын өзгергіштіктің /генетикалық және эпигенетикалық/ маңызы бар екені белгілі.
Антиметаболиттерге, патогендерге немесе стресс факторларға тұрақты мутанттарды іріктеп алу үшін, тура селекция әдісі қолданылады. Мутагенмен өңдегеннен кейін, жасушаларды сұрыптаушы ортада өсіреді. Бұл кезде жасушалардың негізгі бөлігі өледі, тек сол факторға төзімді мутант жасушалар тірі калады.
Кері немесе вегативтік селекция былай жүргізіледі. Жабайы типті жасушалар бөлінеді, ортаға әдейі косылған тимидиннің аналогы ДНҚ құрамына енеді, соның нәтижесінде жасушалар өледі, ал мутант жасушалар көбею қабілетін жояды, бірақ тіршілік қабілетін сақтап қалады. Оларды нормалы қоректік ортаға көшіріп тұрақты линияларын алады.
Жасушалық селекция әдісі арқылы собықтар, сабақ және жапырақ гельмиытоспориозына түракхы жүгері линиялары, фитофторға резистентті картоп линиялары темекі ала мозаикасы вирусына тұракты темекі т.б. өсімдікгер алынған. Қоректік ортада өскен жасушаларға белгілі амин қышкылдарының аналогтарынын, улы концентрациясына сұрыптау жасағанда арнайы аминқышқылдарын мол синтездейтін мутант жасушалар алынған. Сөйтіп бастапқы ата-аналық дақылдармен салыстырғанда бос триптофанды 20-30 есе көп синтездейтін сәбіз және темекі жасушаларының линиялары іріктелініп алынған. Осы әдіс арқылы лизин, метионин, пролин, фенилаланин, глицинді өте көп синтездеуі қабілеті бар картоптың, сәбіздің, жүгерінің, сасық мендуананың т.б. өсімдіктердін линиялары алынған. Жеке амин қышқылдарын көп ұстайтын мутант жасушалардан құрамында ауыстырылмайтын амин қышқылдары мол регенерант өсімдіктер шығуы ғажап емес.
Бұл кұрамында әсіресе ауыстырылмайтын амин қышқылдарының мөлшері көп өсімдіктер алудың бірден-бір жолы. Әр түрлі сұрыптау жүйелерін қолдана отырып, шаруашылықтағы түрлі құнды белгілеріне мысалы, ауруларға, гербицидтерге қарсы тұруға, әр түрлі стресстік әсерлерге /тұздануға, су басуға, төмен және жоғары температураларға/ және басқа төзімділікке бағытталған селекцияны жүргізуге болады.
Әрбір жағдайда мутанттар алу үшін, селекция схемасын жасау және өзгерген жасушалар линияларының генетикалық табиғатын дәлелдеу керек. Алынған өзгерістер барлық уақытта бірдей мутациялармен байланысты емес, модификациялық сипатта болуы және де тұкым куаламауы мүмкін. Мутацияның дәлелдемесі бірнеше белгілер жиынтығы болғандықтан, бұл күрделі жұмыс:
1/ Өзгерген жасушалар жиынтығы өте төмен болуы керек/1*10 - 107 кл/мл /
2/ Мутагендерді колданған кезде өзгерген жасушалар жиілігі әжептеуір жоғарылайды/110~4 -10"3 кл/мл /
3/ Өзгерген жасушалар ұзақ уақыт бойы бір қалыпты өсуге қабілетті болуы керек.
4/ Селективтік қысым болмағанның өзінде өзгерген белгінің түрақтылығы
5/ Өзгерген ген өнімінің білінуі.
Гаплоидтық жасушаларға мутаген әсерінің тиімділігі артады, себебі оларда барлық рецессивтік мутациялар ертеден көрінеді. Сондай-ақ протопласттарды да мутагенмен өңдеу, олар біркелкі болғандықтан тиімді келеді. Сондықтан әр түрлі мутацияларды алудың ерекше жолы ол гаплоидтык өсімдіктердің протопласттарын қолдану.
Мутанттарды іріктеп алу үшін гаплоидтық протопласттарды қолданудың үлгісі ретінде Карлсон жұмысын келтіруге болады. Ол табиғатта темекі ауруын тудыратын токсинге ұқсас әсері бар метионинсульфоксиминге тұрақты жасушаларды іріктеп алу үшін, гаплоидтық темекі өсімдігінің протопластарын пайдаланды. Іріктеп алынған жасушалардан пайда болған өсімдіктер ауруға тұракты болып шықты.
Мутанттарды іріктеп алу үшін, гаплоидтық жасушалардың тағы бір түрі микроспоралар болып табылады.
