Inżynieria komórkowa

inżynieria komórka roślinna

Głównym zadaniem inżynierii komórkowej jest projektowanie nowych form roślin o pożądanych cechach. Obiecująca metoda uzyskiwania dalnerodstvennyh hybrydy bazuje na nowej technice doświadczalnej - parasexual hybrydyzacja, wykonywane przez fuzję protoplastów. Badania nad hybrydyzacji somatycznej przez fuzję protoplastów wykonywane. Badania nad somatycznej hybrydyzacji rośliny są w trzech głównych obszarach:

1. badania i odbudowy plasmagenes (materiał genetyczny jest zlokalizowana jądra);
2. Badania na hybrydyzacji komórek odległych filogenetycznie gatunków roślin;
3. otrzymania przez fuzję protoplastów mieszańców somatycznych praktyczne znaczenie dla wyboru.

Główne różnice hybrydyzacji somatycznej przez skrzyżowanie seksualnej są następujące. Po pierwsze, za pomocą hybrydyzacji seksualne mogą krzyżować tylko form roślinnych z normalnym morfogenezy i gametogenezie. Prezigoticheskuyu niezgodność można rozwiązać metodą fuzji protoplastów. Po drugie, proces seksualny jest symetryczna, to znaczy doprowadzić gamety w zygoty jednakowe zestawy jądrowego materiału genetycznego od obojga rodziców. Produkty tej samej fuzji protoplastów są często asymetryczne hybrydy stanowiących cenne formy zawierające cały zestaw chromosomów typu kulturowego i kilka chromosomów lub genów dzikiego rodzica. Po trzecie, extra-jądrowy materiał genetyczny w większości roślin przez skrzyżowanie seksualnej jest dziedziczona ściśle uniparentalna - za pośrednictwem linii matki. Fuzja protoplastów pozwala uzyskać unikalną kombinację mitochondrialnego oraz chloroplastowych genów. Wreszcie czwarta różnica jest taka, że ​​hybrydyzacja seksualne jest możliwe tylko między bliskimi filogenetycznie gatunków roślin. Kiedy hybrydyzacja somatyczna jest możliwe uzyskanie hybrydy filogenetycznie odległych formy, które są zwykle sposobem na krzyż niemożliwe.

Protoplastów rozpoczyna się od ustanowienia kontaktu (adhezji) pomiędzy sąsiednimi protoplastów prazmalemmami. Jednocześnie nastąpiła zmiana we właściwościach błony, co prowadzi do ich łączenia. Rozszerzenie lokalne cytoplazmatycznej most prowadzi do cytoplasms asocjacji z wytworzeniem komórek hybrydowych - cybrids.

Do tworzenia hybrydowych protoplastów, protoplasty być hodowane tak, że można je podzielić i tworzą kalusa z którego następnie regeneruje się całą roślinę. To zwiększa liczbę gatunków, dla których możliwe było przeprowadzenie całego cyklu „Plant - protoplastów - Kalus - roślina”.

Jednym z najbardziej istotnych momentów podczas hybrydyzacji somatycznej jest rozdzielenie otrzymanych komórek hybrydowych z rodzicem. hybrydy wybór parasexual można przeprowadzić zarówno na poziomie komórkowym lub na etapie regeneracji roślin. Hodowla na etapie regeneracji roślin ma szereg istotnych wad, co komplikuje ten wybór: 1) nie ma pewności, że wszystkie rośliny hybrydowe nie są potomkami jedynej hybrydowej kletki 2) wydłużony czas wymagany do wyboru regenerantov- 3) dużego nakładu pracy. W związku z tym opracowano metody selekcji mieszańców somatycznych na poziomie komórkowym. Najpopularniejsze metody są następujące: 1) izolyatsii- mechaniczny 2) genetyczny komplementatsii- 3) fizjologiczny komplementatsii- 4) Wzbogacanie fizyczne.

Film: Nauka 2.0. Rogówka. Inżynieria komórkowa

W populacji komórek roślinnych w warunkach in vitro, po fuzji może wystąpić różne niepożądane zmiany genetyczne (poliploidalne chromosomalny rearanżacje mutacjami), co prowadzi do powstania formy, fenotypowo podobny do hybrydowych. Ponadto, agregacja z wyjściową komórką rodzicielską może prowadzić do tworzenia się tkanki chimerycznych (ścieków). W związku z tym, wybrana forma mieszańców somatycznych powinny być poddane dodatkowym testom w celu sprawdzenia ich hybrydyczności. Analiza Hybridological pozwala nam ocenić potomstwo F1 po samozapyleniu. analizy cytogenetyczne opiera się na badaniu liczby i morfologii chromosomów komórek hybrydowych i rodzicielskich. sposób bardziej przydatne do różnicującego wybarwiania dla chromosomów. Cytogenetyczne analizy najbardziej dowodu dalnerodstvennyh kombinacje - mezhsemeystvennyh i mezhtribnyh.

Oznaczanie aktywności enzymatycznej i analizy widma izoenzymu pokazuje hybrydowy charakter materiału badanej. W widmie można łączyć hybrydowe izoenzymów obszarów charakterystycznych dla każdego z rodziców. Duże znaczenie ma fizjologiczna stabilność różnych formach, w zależności od izoenzymów różnicowania komórek stosowanych do analizy.

Białko Analysis "Frakcja 1". To białko jest zlokalizowane w chloroplastach i stanowi enzym rybulozo-1,5-difosfatkarboksilazu o aktywności oksygenazy i składa się z dużych i małych podjednostek. Kompozycja polipeptydowa dwie podjednostki są różne u różnych gatunków roślin, tak że białko to jest markerem do badania medzhvidovyh hybrydy. Mała podjednostka jest kodowany przez genom jądrowy, dziedziczonej dvuroditelski. Duża podjednostka jest dziedziczona uniparentalna (matczyne) i są kodowane przez plastomu. Analiza białko dostarcza dowodów materiału hybrydowego i wyeliminować chimeryzmu.

organelli analiz restrykcyjnych DNA. Analiza DNA organelli przez enzym restrykcyjny jest szybki i dokładny sposób wyznaczania mieszańcowości tsitoplazmonu. Widma endonukleazy ograniczenie wynikające z elektroforezy vidospetsefichny i ​​mogą być stosowane do charakteryzowania DNA organelli.

Cząsteczkowej hybrydyzacji kwasów nukleinowych. Stosowany jako DNA-DNA lub DNA-RNA hybrydyzacji. Stopień hybrydyzacji molekularnej stosowane do scharakteryzowania systematyczne i filogenetycznego pokrewieństwa gatunków. Metoda badań hybrydyzacji cząsteczkowej obiecujące charakter parasexual hybrydy, zwłaszcza hybrydy filogenetycznie gatunków zdalnych. W przypadku gdy analizy chromosomów, jest w stanie wykryć obecność komórek hybrydowych chromosomu materiału macierzystego, najbardziej odpowiednią metodę analizy hybrydy właśnie metody hybrydyzacji cząsteczek kwasów nukleinowych.

Fenotypowych Zmienność obserwowana w somatycznych hybryd jest odbiciem zdarzeń genetycznych występujących przed regeneracją i 4 zawierają następujące źródła zmienności: 1) jądrowe nesovmestimost- 2) intergenomic mitotyczny rekombinatsiya- 3) somaclonal izmenchivost- 4) rozbitego organoidalne.

Następujące ograniczenia dotyczące całkowitego sukcesu somatycznych metodą hybrydyzacji: 1) stosowanie tej metody wymaga wydajnego regenerację rośliny z protoplastov- 2) hybrydy somatyczne nie są podatne do rozmnażania płciowego, hybrydy wszystkie międzygatunkowe somatyczne sterilnymi- 3) w celu przenoszenia użytecznych genów naturalnym gatunku w hodowli wynika intergenomic lub chromosomowego rekombinacji między dwoma wymiany vidami- 4) fuzję protoplastów roślin pochodzących z sumowania liczby chromosomów TH , Jednak szybki postęp w doskonaleniu technik inżynierii komórkowej pozwala nam mieć nadzieję, że hybrydyzacja somatyczna jako nowej biotechnologii stać się głównym nurtem w hodowli aby wyprodukować żywotne hybrydy bez krzyżowania gatunków.

Odbudowa komórek to kolejny szybko rozwijającą się dziedziną inżynierii komórkowej. Jest to całkowicie nowy zespół klatka poprzez połączenie (łączące) izolowane fragmenty komórek ze sobą lub z całych komórek. Efektem tej przebudowy jest możliwe utworzenie komórki wcześniej istniały w przyrodzie. Jednakże wiele problemów na drodze badania w tym kierunku są związane z ograniczoną ilością odpowiednich metod rozdrobnienia i rozdzielenia jednorodne populacje nietkniętych fragmentów komórek.

Wideo: Inżynieria genetyczna

Istnieje wiele technik do wprowadzenia obcych chloroplastów samodzielnie protoplasty. Jedna technika obejmuje wirowanie sekwencyjnego protoplasty plastydowego 0,03% roztworu lizozymu, który ma działanie modyfikującego na membranie. Szybkość przenikania obcych organelli do protoplastów w tym przypadku wynosi 0,5%. Inną metodą jest izolowane pojedyncze komórki inkubowano z celulazy enzymu. Po pierwszej zawiesiny protoplastów komórek przeniesiono do chloroplastów 2% roztworem celulaz, 0,2 M pH 5,4 NaNo3pri .. Przy tym sposobie jest skuteczne wprowadzanie do protoplastów funkcjonalnie aktywne Chloroplasty z następnej regeneracji całych roślin. Przeszczepu prowadzi plastyd psiankę czarną niosący geny kontrolujące odporność na atrazyna, ziemniaki kultury. Analiza chloroplastów odpornego na atrazyny zregenerowanych roślin ziemniaka DNA wykazały, że chloroplasty tych linii pochodzi od psiankowatych.

Przesyłanie wysoko chloroplasty mogą przyczynić się do aktywizacji fotosyntezy i zwiększania produktywności roślin. Wśród wielu różnych formach zmodyfikowanych genetycznie roślin, uformowane z fuzji protoplastów są formy, które zawierają plastydy jednego rodzica i mitochondriów drugiego, i vice versa.

Nowa technika komórek kierunku roślin jest dostarczenie niezwykłe systemów biologicznych przez wprowadzania mikroorganizmów w populacji komórek hodowanych. Tworzenie takich związków jest interesujący z następujących czynności: 1) Weryfikacja eksperymentalna teorii endosymbiotycznymi pochodzenia eukariotycznego komórki w evolyutsii- 2) modelowania naturalnej symbiozie roślin mikroorganizmov- 3) zwiększenie wydajności roślin uprawnych kletok- 4) wytwarzanie roślin o nowy svoystvami- 5) badać różne aspekty interakcji gospodarza roślinnego i patogenu.

Wytwarzanie wewnątrzkomórkowego i międzykomórkowego sztucznego asocjacji oparte na hodowli komórek lub protoplastów izolowanych z mikroorganizmów jest jeden z nowych sposobów modyfikacji komórki roślinnej. Bardzo obiecujące jest uzyskać związki kultur komórek roślinnych z drobnoustrojów, zdolnych do ustalenia atmosferze azotu cząsteczkowego. Zdolność do tworzenia systemów symbiotyczne azot uzyskał pewne grupy wyższych roślin i drobnoustrojów. W związku z tym kwestia zwiększenia zdolności do zawarcia takiej symbiotycznej stowarzyszenia dla większości roślin ma ogromne znaczenie ekonomiczne i może być rozwiązany za pomocą metod inżynierii komórkowej.

Zatem staje się możliwe skonstruowanie komórek o nowych właściwościach. Zrekonstruowana komórki pochodzące z jądra i cytoplazmy, o różnym pochodzeniu, są łatwe w użyciu modeli eksperymentalnych, w celu rozwiązania tych ważnych problemów biologicznych, takich jak różnicowanie, komórki starzejące cytoplazmatyczny spadku. rośliny hybrydy z genetycznie odtworzonego cytoplazmie stanowią bardzo cenny materiał do oceny wpływu dwóch różnych cytoplazmatycznej genoforov praktycznie ważnych cech roślin.