Биотехнология Лекция 2 Биотехнология и ее возможности

Биотехнология Лекция 2

Биотехнология и ее возможности Методы, облегчающие и ускоряющие процесс 1. Преодоление несовместимости: Создание генетического разнообразия и скрининг генотипов 1. Клеточная селекция А) Постгамной - эмбриональная культура незрелых зародышей Б) Прогамной - оплодотворение и получение гибридов in vitro 2. Оздоровление и микроклональное размножение 2. Соматическая гибридизация 3. Экспериментальная гаплоидия 3. Клонирование генов и их перенос с поморщью трансформации 4. Криосохранение генофонда

Получение отдаленных гибридов in vitro Проростание пыльцы Изолированный зародышевый мешок Вокруг зародыша в условиях in vitro помещают прорастающую пыльцу. Пыльца начинает прорастать с эффектом внедрения в зародыш и оплодотворяет

Экспериментальное получение гаплоидов in vitro 1) Получение гаплоидных растений на основе андрогенеза 2) Получение гаплоидных растений на основе гиногенеза 3) Получение гаплоидных растений на основе гаплопродюссеров

Схема двойного оплодотворения Макроспорогенез Материнский спорофит (2 n) Пестик Мегароспора Материнская (n) клетка (2 n) МИТОЗ МЕЙОЗ Зародышевый мешок (n) Цветоножка Листовой паттерн Яйцеклетка Микроспорогенез МЕЙОЗ Стебель Стеблевой паттерн Корневой паттерн МИТОЗ Цветок Пыльцевой Микроспора Пыльцевое зерно (n) мешок Материнская (n) Проросток Тычинка клетка (2 n) Опыление Побеговая Мужской Рыльце меристема гаметофит (n) Корневая меристема Зародыш Семядоли Эмбриогенез Оплодотворенное ядро эндосперма (3 n) Эндосперм Столбик Спермии Завязь Пыльцевая трубка Женский Оплодотворенная Зародыш яицеклетка(2 n) гаметофит (n) Яицеклетка

Схема получения гаплоидов на основе андрогенеза Условия in vivo Мейоз Пыльники Пыльцевой мешок Многоядерная клетка с гаплоидными (n) ядрами Формирование гаплоидных растений Материнская микроспора (2 n) о ног рав я кци ения нду дел И и гибел ия дукц го из Ин дно р о х яде ны лоид гап Условия in vitro Мужской гаметофит Микроспоры (n) Митоз II

Гаплоидное растение табака (N. tabacum)

Формирование каллусов на поверхности пыльников

Типы андрогенеза in vitro Цветочный бутон Прямой андрогенез Непрямой андрогенез пыльники Индукция эмбриоидов Формирование эмбриоидов Индукция каллуса Культура пыльников Укоренение гаплоидных проростков Гаплоидный каллус Регенерация Гаплоидное растение в почвенной смеси

Схема получения гаплоидов на основе гиногенеза Материнская мегаспора (2 n) Мегаспора (n) Мейоз Условия in vivo Митоз Яицеклетка Пестик Деление Гаплоидное растение Выде клет ление га п Гаплоидная ок из зар лоидных о меш дышевог клетка (n) ка о Условия in vitro Женский гаметофит (n) Восьмиядерный зародышевый мешок (n)

Формирование гаплоидного растения из гаплоидных клеток зародышевого мешка (сахарная свекла)

Получение гаплоидов на основе гаплопродюссеров гаметы H. vulgare (VV) (2 n=14) H. bulbosum (BB) (2 n=14) Культивирование 10 -дневных гибридных зародышей in vitro Эли мин B хр ирован ие омос ом зигота ом Диплоидное растение (VV) ромос ие) ех воени нирован (2 n=14) Уд и олхиц (к Стабильная гомозигота Гаплоидное растение (V) (2 n=7)

Эффективность получения рецессивных гомозигот по двум селектируем признакам у диплоидов и дигаплоидов гетерозигота AABB AB гаплоиды a. B AB Ab a. B ab удвоение AABB AAbb aa. BB Aa Bb ab Aa. Bb ы ет гам Ab Aa BB Aa bb AB AA Bb Aa Bb aabb генотип фенотип 1 : 1 : 1 1/4 рецессивных гомозигот AB AA BB AA bb aa BB aa bb aabb Ab AA Bb Aa Bb aa Bb Aa BB Aa bb гам ет ы a. B ab Aa Bb F 2 9 : 3 : 1 1/16 рецессивных гомозигот

Сомаклональная изменчивость “Природа и скорость изменивости, возникающей in vitro выявляет хрупкость генома растений при нарушении нормального хода развития” У. Р. Скаукрофт, 1990

Типы сомаклональной изменивости 1. Нестабильность клеточной культуры – изменивость, проявляющееся на уровне каллуса 2. Сомаклональная изменчивость – генетическая изменчивость, накапливаемая in vitro и проявляющееся на уровне растениярегенеранта

Примеры нестабильности генома, проявляющиеся на уровне каллуса Каллус гаплопапуса Хромосомы гаплопапуса

Метафазные пластинки хромосом гаплопапуса

Коллекция мутантов кукурузы, полученных in vitro

Коллекция мутантов томатов, полученных in vitro

Факторы, влияющие на сомаклональную изменчивость 1) Способ размножения – половое, бесполое 2) Изменчивость, предшествующая и возникающая в процессе культивирования 3) Генотип 4) Типы эксплантов и методы культивирования 5) Продолжительность культивирования

100 75 50 25 0 100 75 50 25 0 соотношение ДНК (%) Реорганизация ДНК в процессе морфогенеза 9 14 17 21 дни после проростания 32 С 16 С 8 С 4 С 2 С содержание ДНК

Пирчины сомаклональной изменчивости Генетическая гетерогенность соматических клеток экспланта: а) соматические мутоции б) запрограмированные изменения генома в онтогенезе Мутагенез Генетическая гетерогенность культивируемых клеток Включение механизмов адаптации Изменение уровня метилирования Активация “молчащих” генов Перестройки хромосом Амплификации и делеции Активация транспозонов Точковые мутации