Клеточные технологии в селекции растений

КУЛЬТУРА
ИЗОЛИРОВАННЫХ КЛЕТОК И
ТКАНЕЙ В СЕЛЕКЦИИ
РАСТЕНИЙ
ПЛАН ЛЕКЦИИ:
1. Клеточные технологии в селекции
растений.
2. Оплодотворение in vitro.
3. Эмбриокультура.
4. Получение сомаклональных вариантов.
5. Клеточная селекция in vitro.
6. Соматическая гибридизация.
Цибридизация.
7. Генетическая трансформация 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
Оплодотворение in vitro
Культура незрелых зиготических
зародышей
Для создания генетического
разнообразия и скрининга
генотипов с важными признаками
Использование сомаклональных
вариантов
Получение индуцированных
мутантов на клеточном уровне
Регенерация растений из тканей
летальных гибридов
Клеточная селекция
Экспериментальная гаплоидия
Гибридизация соматических клеток
Клональное микроразмножение
новых сортов, гибридов, линий
(включая создание искусственных
семян)
Перенос чужеродных
цитоплазматических генов
Перенос ядерных генов
Практические аспекты
использования метода
эмбриокультуры:
получение межвидовых и межродовых гибридов
(межвидовая гибридизация косточковых плодовых растений,
хлопчатника, лука, томатов; межродовые скрещивания ячменя с
рожью и пшеницей);
сохранение важного для селекции материала путем
культивирования in vitro изолированных семяпочек и
потерявших всхожесть семян;
сокращение длительного селекционного процесса
путем ускорения in vitro прохождения жизненного
цикла растения;
получение из гибридной каллусной ткани
сомаклональных вариантов.
ПОЛУЧЕНИЕ СОМАКЛОНАЛЬНЫХ
ВАРИАНТОВ
Сомаклональная изменчивость – это изменчивость,
обнаруживаемая у растений, полученных путем
регенерации из культивируемых клеток;
- это фенотипическое выражение непостоянства ядерного и
органельных цитоплазматических геномов культивируемых
клеток
Впервые сомаклональные варианты табака были
получены в СССР Загорской, Шаминой в 1970 г.
Однако общий интерес к возможности получения сомаклональных
вариантов возник позже, после опубликования в 1984 г. статьи
австралийских исследователей Larkin et al.
Клеточная селекция in vitro – метод
выделения мутантных клеток и
сомаклональных вариаций с помощью
селективных условий
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.
Основные сложности, связанные с
использованием клеточной селекции:
нестабильность признака устойчивости к тому
либо иному фактору, которая проявляется после
того, как снимается давление отбора;
разная степень корреляции между
устойчивостью клетки и устойчивостью растения
к тем или иным факторам.
Соматическая гибридизация – это метод
получения гибридных растений в результате
слияния протопластов, изолированных из
соматических клеток родительских форм
Главное отличие соматических гибридов:
цитоплазматические гены передаются двуродительски
(слияние протопластов способствует объединению двух
различных цитоплазм), а при половом скрещивании
только от материнского растения
Соматическая гибридизация
включает 4 этапа:
1) выделение протопластов;
2) слияние;
3) отбор и регенерация гибридов;
4) анализ растений-регенерантов
СЛИЯНИЕ ПРОТОПЛАСТОВ
СПОНТАННОЕ
ИНДУЦИРОВАННОЕ
ХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ
.
ФИЗИЧЕСКИЙ СПОСОБ ЭЛЕКТРОСЛИЯНИЕ
ОТБОР ГИБРИДНЫХ ПРОТОПЛАСТОВ
Зачем необходим отбор?
☼Обычно в слияние вовлекаются от 3 до 30 %
протопластов
☼ Возможно слияние протопластов как разных видов,
так и одного и того же вида, т.е. могут образовываться
как гетерокарионы, так и гомокарионы
В связи с этим важным моментом является
отбор продуктов гетероплазматического
слияния от протопластов родительских форм,
а также продуктов слияния протопластов
одного и того же вида
Способы отбора гибридных
протопластов:
 физиологическая комплементация
 генетическая комплементация
 отбор по морфологическим признакам
 использование прижизненных красителей
Цибридизация – это способ введения в
протопласты цитоплазматических генов
Цибрид – гибрид, несущий ядерные гены
только одного родителя с
цитоплазматическими генами от обоих либо
одного родителя.
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИБРИДОВ:
 слияние изолированного протопласта с
цитопластом (ограниченного мембраной участка
цитоплазмы, возникшего при фрагментации
изолированного протопласта);
 слияние протопласта реципиента с протопластом,
ядро которого инактивировано облучением и не
способно к делению;
 микроинъекция;
 перенос с помощью липосом
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.
МЕТОДЫ ВВЕДЕНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО
МАТЕРИАЛА В КЛЕТКИ РАСТЕНИЙ
Метод
Комментарии
1. Использование Ti плазмид
Высокоэффективная система, но применима
только для двудольных растений
2. Баллистический
метод
Используется для широкого круга растений и
тканей; достаточно простой метод
3. Использование
векторов на основе
вирусов
Неэффективный способ доставки ДНК в
растительные клетки
4. Прямое введение
генов в протопласты
растений
Может использоваться для введения генов
только в протопласты растительных клеток
МЕТОДЫ ВВЕДЕНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО
МАТЕРИАЛА В КЛЕТКИ РАСТЕНИЙ
Метод
Комментарии
5. Введение ДНК с
помощью
микроинъекций
Имеет ограниченное применение, поскольку
единовременно инъекцию можно сделать
только в одну клетку
6. Электропорация
Применяется для введения генов только в
протопласты, из которых могут быть
регенерированы целые растения
7. Слияние липосом
Применяется для введения генов только в
протопласты, из которых могут быть
регенерированы целые растения