Высшее образование
Создание генетического разнообразия исходных форм растений и скрининга генотипов
жүктеу/скачать 5 Mb.
|
| Создание генетического разнообразия исходных форм растений и скрининга генотипов. Сомаклональная изменчивость — прекрасный источник генетического разнообразия (сомаклональных вариаций), которое может быть реализовано в создании генетически измененных растений-регенерантов с новыми свойствами (со- маклональные варианты, или сомаклоны). Помимо повышения генетического разнообразия, использование сомаклональных вариантов в 2 раза может ускорить процесс выведения нового сорта даже для размножаемых семенами растений. Первые сомакло- нальные варианты табака были получены в Институте физиологии растений им. К.А.Тимирязева (Н.А.Загорина, З.П.Шамина, 1970).
Сомаклональные вариации нельзя рассматривать как случайные спонтанно возникающие мутации. Генетические изменения, характерные для сомаклональных вариаций, сложны и носят комплексный характер. Частота таких генетических изменений на три порядка превышает частоту спонтанных мутаций. Кроме того, сомаклональные варианты отличаются от исходного растения не только качественными моногенными признаками, но и количественными — полигенными (интенсивность роста, продуктивность, устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды). Отмечены случаи появления сомаклональных вариантов, сочетающих признаки, которые невозможно или трудно соединить в одном генотипе традиционным селекционным путем. Так, Л.А.Кучеренко (1986) выделила из сомаклональных вариантов, возникших в каллусной культуре риса, растения, сочетавшие скороспелость и длиннозерность. На их основе за короткий срок был. создан новый сорт риса. По-разному сказываются на генетических изменениях и, следовательно, на появлении сомаклональных вариаций различные типы морфогенеза. Экспериментально установлено, что при соматическом эмбриогенезе цикл «клетка — растение» совершается значительно быстрее, чем при органогенезе. Поэтому степень различия между полученным и исходным родительским генотипом в случае органогенеза может быть значительно выше, чем при эмбриогенезе. Источником генетического разнообразия растительного материала могут быть не только сомаклональные вариации, но и мутагенез, в несколько раз повышающий образование стабильно устойчивых по искомым признакам клонов клеток. После получения различных сомаклональных вариаций от исходного растения наступает следующий этап — отбор необходимых сочетаний признаков. Данный вопрос решается с помощью клеточной селекции, которую проводят практически на любом объекте, введенном в культуру in vitro. Однако удобнее использовать суспензионную культуру или изолированные протопласты. Преимущество этих объектов состоит в быстром росте культуры и равномерном действии селективного фактора на все клетки. Для отбора сомаклональных вариаций соответствующие селективные факторы (соли в высоких концентрациях, гербициды и др.) добавляют в питательную среду для выращивания культуры клеток либо растущие культуры помещают в селективные условия (низкая или высокая температура, освещенность и т.д.). Существует несколько методов клеточной селекции: Прямая (позитивная) селекция, при которой выживает только заданный тип мутантных клеток. Непрямая (негативная) селекция, которая ведет к гибели делящихся клеток дикого типа и выживанию метаболически неактивных клеток. Этот прием требует дополнительной идентификации мутационных изменений у выживших клеток. Тотальная селекция, при которой индивидуально тестируются все клеточные клоны. Визуальная селекция и неселективный отбор, когда необходимая вариантная линия выбирается среди прочих визуально или с помощью биохимических методов.Для отбора клеток, устойчивых к неблагоприятным или стрессовым факторам, наиболее часто применяют прямую селекцию. После выбора нужной популяции необходимо проверить стабильность устойчивости к неблагоприятному фактору. Это длительный процесс, включающий многочисленные циклы выращивания и пересадки клеток на среды, содержащие селективный фактор или без него. Из стабильных клонов необходимо попытаться регенерировать растения. Получение растений-регенерантов, а также гибридологический анализ подтверждают генетическую природу при- заряд, который вызывает их взаимное отталкивание. Для слияния это отталкивание необходимо преодолеть специальными приемами, способствующими снятию или перераспределению поверхностного заряда мембран. Впервые искусственное слияние протопластов с помощью индуктора слияния (фьюзогена) было осуществлено в 1970 г. Коккингом и его сотрудниками. В настоящее время в качестве эффективных фьюзогенов используют полиэти- ленгликоль (ПЭГ) и растворы с рН 9—11 и высокой концентрацией ионов кальция. Согласно одной из гипотез, объясняющих слияние протопластов при использовании ПЭГ, высокая концентрация этого вещества (20—30 %) способствует поглощению всей свободной воды между протопластами, вызывая их слипание в результате дегидратации. Кроме того, поглощение свободной воды индуцирует образование пор в мембране, через которые перетекает внутриклеточное содержимое. Если повреждения мембран обратимы, слипшиеся протопласты регенерируют клеточную стенку (рис. 6.7). Рис. 6.7. Схема слияния протопластов под действием полиэтиленгликоля (по X. Борнман, 1991): 1 — изолированные протопласты; 2— слипание протопластов в результате дегидратации; 3 — образование пор в мембране протопласта; 4 — перетекание через поры внутриклеточного материала; 5 — гибридный протопласт Кроме того, существует физический фактор — импульсы электрического тока, который также заставляет протопласты сливаться. Обработка электрическими импульсами, как и обработка ПЭГ, приводит к обратимому повреждению мембран. Применение переменного тока вызывает диэлектрофорез, и протопласты, находящиеся между электродами, выстраиваются в ряд, примыкая друг к другу своими полярными поверхностями. Импульс постоянного тока приводит к образованию пор, через которые происходит слияние (рис. 6.8). При соматической гибридизации развиваются клетки двух типов: гибриды и цибриды. При образовании гибридов объединяется ядерный геном обеих клеток. Цибридная клетка содержит цитоплазму обоих партнеров, а ядро — одного. Такой результат достигается при деградации одного из ядер после слияния или в том случае, если один из протопластов был лишен ядра. Первый неполовой гибрид высших растений был получен в 1972 г. при слиянии изолированных протопластов двух видов табака: Nicotiana glauca и Nicotiana langsdorfii. В настоящее время получено много межвидовых, межсемейственных и межтрибных гибридов, значительную часть которых нельзя считать нормальными растениями, а некоторые гибриды (гибрид арабидопсиса и турнепса) представляют собой растения-монстры. Возникающие аномалии — результат хромосомной несбалансированности. Описаны случаи возникновения гибридов между протопластами эритроцитов крысы и дрожжевых клеток, моркови и человека и др. Любые исследования, любые манипуляции в области создания новых генотипов должны быть тщательно и всесторонне продуманы, а ученые должны помнить об ответственности и научной этике. Профессор Колумбийского университета Э. Чаргафф предупреждал о том, что «в тысяче опытов, вероятно, ничего не случится, Рис. 6.8. Схема слипания протопластов под действием электрического поля (по Х.Борнман, 1991): / — изолированные протопласты; 2 — слипание протопластов полярными поверхностями; 3 — образование пор в мембранах под действием сильного импульса постоянного тока; 4 —смешивание цитоплазмы; 5 — образование цибридных (гибридных) протопластов hq затем в одном каком-то случае произойдет нечто очень неприятное». Он был «убежден, что именно попытка преобразовать или перехитрить природу почти привела к ее гибели». жүктеу/скачать 5 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|