Презентация "Основы биотехнологии" по биологии – проект, доклад

ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. РАСТЕНИЯ. Лекция 8

Словарь

Фитогормоны – регуляторы роста и развития растений Апикальная меристема – группа образовательных клеток, обеспечивающая образование всех органов и первичных тканей Эксплант – группа клеток, отделенная от материнского организма Пыльник – содержащая пыльцу часть тычинки цветковых растений Соматический (неполовой) эмбриогенез – процесс формирования зародышеподобных структур из соматических клеток Андрогенез – развитие яйцеклетки с мужским ядром, привнесённым в неё спермием в процессе оплодотворения

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕРЕНИЯ. РАСТЕНИЯ. Лекция 8

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. Термин.

совокупность методов и подходов, используемых для конструирования клеток нового типа

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. Методы

ИСТОРИЯ ВОПРОСА

Hermann Vöchting Karl Rechinger Gottlieb Haberlandt

Г.Габерланд выдвинул гипотезу о тотипотентности растительной клетки

История вопроса

1 этап (1882-1902 гг.) Г. Фехтинг (1892), К. Рехингер (1893), Г. Габерландт (1902) высказали идею о возможности культивирования растительных клеток вне организма. Культивирование растительных тканей in vitro. Каллусообразование..

Ross Harrison Aleksis Carrel http://www.corning.com/ German Kotte American Robbins

2 этап (1902-1922 гг.) Р.Харрисон (1907), А.Каррел (1911) эксперименты по культивированию in vitro тканей животных

3 этап (1922-1932 гг.) А.Роббинс (1922), Г.Котте (1922) культивирование меристем корней томата на твердой синтетической среде

Roger Gautheret Philip White

4 этап (1932-1940 гг.) Р.Готре (1932) получил каллусы из древесных растений Ф.Уайт (1932) показал неограниченный рост растительных опухолей при пересадках на свежие среды

Folke Skoog http://labs.bio.unc.edu/

Miller and Skoog demonstrate that the ration of auxin:cytokinin alters organogenesis in vitro

Carlos Miller

5 этап (1940-1960 гг.) Ф.Скуг и К.Миллер (1955) открыли фитогормоны цитокинины, стимуляторы деления клеток растений

Edward C. Cocking http://www.plantmethods.com/ J.B. Power Somaclonal variation

6 этап (1960-1975 гг.) Э.Кокинг получил клетки без клеточной стенки (протопласты) из плодов и корней томата Дж.Пауэр (1955) стимулировал слияние протопластов

Раиса Григорьевна Бутенко основала школу биологии растительной клетки в России и разрабатывала технологию микроклонального размножения растений in vitro

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ РАСТЕНИЙ

Области применения

umelec.com.ru

Растительные культуры

Культура каллусных клеток

Характеристика: тотипотентность дедифференцированность асинхронность деления генетическая гетерогенность

Получение: образование и рост регулируется фитогормонами: ауксины вызывают процесс дедиференцировки цитокинины – пролиферацию клеток.

выращивают на твердой питательной среде

Фитогормоны

"Селекция. Биоинженерия растений"

A.Индукция каллуса из зрелых семян B. Индукция каллуса из незрелых соцветий C-F Формирование соматических эмбрионов (показаны стрелками) (C) after 15 days of culture, (D) after 12 days of culture, (E) after 25 days of culture, (F) after 20 days of culture. G. Длительно культиви-руемый каллус (2,5 мес) с признаками вторичного эмбриогенеза H. Развитие соматического эмбриона I. Формирование растений из соматических эмбрионов через 1,5 месяца после инициации каллусогенеза

Индукция каллуса и соматический эмбриогенез в культуре ткани пшеницы

Суспензионная культура

http://bio-x.ru/

Характеристика: типичные каллусные клетки

выращивают в жидкой питательной среде

Получение: из каллуса или интактного растения (экспланта) путем переноса в жидкую питательную среду, при перемешивании и исключении солей Са

Культура одиночный клеток

Получение: из каллуса, экспланта, протопласта и др. изолирование неповрежденной клетки растительной или каллусной ткани создание условий, благоприятных для роста и развития изолированной клетки

http://unhwasochi.blogspot.ru/

Характеристика: генетическая гомогенность

«потомство» одной клетки

Меристематическая культура

Характеристика способность к делению высокая метаболическая активность

Получение: из конусов нарастания побегов, корней, пазушных почек и др. на питательные среды высаживают небольшую часть меристемы до 0,5 мм

1 – апикальные (верхушечные) 2 – интеркалярные (вставочные) 3 – латеральные (боковые)

Рисунок из книги Широков А.И., Крюков Л.А. «Основы биотехнологии растений», 2012

Апикальная меристема лилейника

Культура пыльников

Получают из незрелых пыльников, в которых пыльцевые зерна находятся в стадии, предшествующей первому делению микроспор на вегетативное и генеративное зерна.

базируется на использовании андрогенеза in vitro (получение гаплоидных растений на искусственных питательных средах из изолированных пыльников и микроспор)

требования к выращиванию биообъектов в культуре in vitro

Сбалансированность питательных сред – удовлетворение всех потребностей культуры. Обязательные компоненты – фитогормоны.

Условия – слабая освещенность или полная темнота, температура, аэрация, влажность.

Асептика – автоклавирование, фильтрация через бактериальные фильтры, ультрафиолетовое – облучение, дезинфекция и введение антибиотиков

Практическое применение

Микроклональное размножение и оздоровление растений

НЕПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ РАСТЕНИЙ Основа метода: тотипотентность растительных клеток, то есть способность полностью реализовывать потенциал развития «клетка – целое растение».

Этапы клонального микроразмножения растений

Регенерация растений из культуры тканей. Методы.

Эмбриоид – зародышеподобная структура, развивающаяся in vitro, формирующая цельный проросток, не связанный сосудами с каллусом

Способы клонального микроразмножения растений

Адвентивные почки – почки, возникшие у растений из клеток и тканей, обычно их не образующих.

Регенерация побегов из морфогенного каллуса сахарной свеклы (Beta vulgaris L.)

Регенерация побегов из листовых эксплантов сахарной свеклы (Beta vulgaris L.)

Микроклональное размножение – базовый метод для получения соматических гибридов и генетической трансформации растений

Применение в практике

Соматическая гибридизация

Получение гибридов соматических клеток неродственных и филогенетически отдаленных видов

Гибридизация соматических клеток

Полное слияние – образуются двухядерные гетерокарионы, дающие начало двум одноядерным гибридным клеткам. Частичное слияние в изолированные протопласты вводят макромолекулы, клеточные органеллы и клетки бактерий.

ТЕХНИКА КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ РАСТЕНИЙ

Получение соматических гибридов у растений

Получение протопластов

методы

Изолированный протопласт – это содержимое растительной клетки, окруженное плазмолеммой.

(Термин «изолированные протопласты» был предложен в 1880 году Д.Ханстейном.)

Применил в 1892 году Дж.Клернер. В основе метода лежит явление «плазмолиза» с последующим механическим удалением клеточной стенки.

Механический Энзиматический

Применил в 1960 году И.К.Коккинг. В основе метода лежит использование ферментов (целлюлаза, гемицеллюлаза, пектиназа).

Культивирование протопластов

метод «жидких капель»

платирование

в питательные среды добавляют 1% агар-агар Это повышает жизнеспособность протопластов: протопласты равномерно распределяются по культуральной среде, агрегаты отсутствуют питательные вещества потребляются равномерно токсические продукты метаболизма распределяются равномерно

Протопласты капельно вносят в питательную среду

Слияние протопластов

(термин «соматические гибриды» введен в 1974 году Дж.Мельхерсом)

спонтанное индуцированное

Химическими фьюзогенами (хлористый кальций, этиленгликоль, хлорпромазинон)

Физическими фьюзогенами (переменное электрическое поле)

Биологическими фьюзогенами (вирусы)

http://rudocs.exdat.com/

Биосинтез в растениях и суспензионных культурах

По оценкам специалистов список веществ синтезируемых расте-ниями и используемых человеком составляет 2 * 104

Растения продуцируют эфирные масла, красители, лекарственные препараты, наркотиков (опиум, героин, никотин) и стимуляторов (танин, кофеин) и пр. мак снотворный (Papaver somniferum) источник болеутоляющего средства кодеина наперстянка (Digitalis lanata) – тонизирующего сердечную деятельность дигоксина хинное дерево (Cinchona ledgeriana) – антималярийного хинидина.

Биотрансформация в суспензионных культурах

Например, культуры клеток лебеды и картофеля способны трансформиро-вать индолил-3-уксусную кислоту в индолил-3-ацетил-L-аспарагиновую кис-лоту.

Если синтез вторичных метаболитов в культуре останавливается, не достигая конечного результата, то для получения продукта применяют процесс биотрансформации. Суть процесса заключается в превращениях исходного субстрата клеточными культурами растений.

Страны – держатели крупных коллекций генетических ресурсов растений