Соматическое слияние
 |
Соматическое слияние , также называемое слиянием протопластов , представляет собой тип генетической модификации растений, при котором два различных вида растений сливаются вместе, чтобы сформировать новое гибридное растение с характеристиками обоих, соматический гибрид . [ 1 ] Гибриды были получены либо между разными разновидностями одного и того же вида (например, между нецветущими растениями картофеля и цветущими растениями картофеля), либо между двумя разными видами (например, между пшеницей Triticum и рожью Secale для получения Тритикале ).
Использование соматического слияния включает создание растений, устойчивых к болезням, например, создание растений картофеля, устойчивых к болезни скручивания листьев картофеля . [ 2 ] Путем соматического слияния урожай картофеля Solanum tuberosum , урожайность которого сильно снижается из-за вирусного заболевания, передающегося тлей-переносчиком , сливается с диким, неклубненосным картофелем Solanum brevidens , устойчивым к этому заболеванию. . Полученный гибрид имеет хромосомы обоих растений и, таким образом, подобен полиплоидным растениям. Соматическая гибридизация была впервые представлена Карлсоном и соавт. в Никотиане Главке . [ 3 ]
Процесс для растительных клеток
[ редактировать ]Процесс соматического слияния происходит в четыре этапа: [ 4 ]
- Удаление клеточной стенки одной клетки каждого типа растений с использованием фермента целлюлазы для получения соматической клетки, называемой протопластом.
- Затем клетки сливаются с помощью электрошока (электросплавки) или химической обработки, чтобы соединить клетки и объединить ядра. Образовавшееся слившееся ядро называется гетерокарионом .
- Формирование клеточной стенки затем индуцируется с помощью гормонов.
- Затем клетки превращаются в каллусы , которые затем превращаются в ростки и, наконец, в полноценное растение, известное как соматический гибрид.
Процедура для семенных растений описана выше: слияние протопластов мха можно инициировать без поражения электрическим током, а с помощью полиэтиленгликоля (ПЭГ). Далее, протопластам мха не нужны фитогормоны для регенерации , и они не образуют каллуса . [ 5 ] Вместо этого регенерирующие протопласты мха ведут себя как прорастающие мха споры . [ 6 ] Следует также отметить, что можно использовать нитрат натрия и ион кальция при высоком pH, хотя результаты варьируются в зависимости от организма. [ 7 ]
Применение гибридных клеток
[ редактировать ]Соматические клетки разных типов можно сливать для получения гибридных клеток. Гибридные клетки полезны по-разному, например,
- (i) изучить контроль деления клеток и экспрессии генов ,
- (ii) исследовать злокачественные трансформации ,
- (iii) для получения репликации вируса ,
- (iv) для генов или картирования хромосом и для
- (v) производство моноклональных антител путем производства гибридомы (гибридных клеток между иммортализованной клеткой и антитела , продуцирующим лимфоцитом ) и т. д.
Картирование хромосом посредством гибридизации соматических клеток по существу основано на слиянии соматических клеток человека и мыши . Обычно человеческие фиброциты или лейкоциты сливаются с непрерывными клеточными линиями мыши .
Когда клетки человека и мыши (или клетки любых двух видов млекопитающих или одного и того же вида) смешиваются, спонтанное слияние клеток происходит с очень низкой скоростью (10-6). Слияние клеток усиливается в 100–1000 раз за счет добавления ультрафиолетом инактивированного вируса Сендай (парагриппа) или полиэтиленгликоля (ПЭГ).
Эти агенты прикрепляются к плазматическим мембранам клеток и изменяют их свойства таким образом, что облегчает их слияние. Слияние двух клеток дает гетерокарион, т. е. одну гибридную клетку с двумя ядрами, по одному от каждой из клеток, вступающих в слияние. Впоследствии два ядра также сливаются, образуя гибридную клетку с одним ядром.
Обобщенную схему гибридизации соматических клеток можно описать следующим образом. Соответствующие клетки человека и мыши отбирают и смешивают вместе в присутствии инактивированного вируса Сендай или ПЭГ для содействия слиянию клеток. Через некоторое время клетки (смесь клеток человека, мыши и «гибридных» клеток) высевают на селективную среду , например, среду HAT , которая позволяет размножать только гибридные клетки.
Таким образом, выделяют несколько клонов (каждый получен из одной гибридной клетки) гибридных клеток и подвергают как цитогенетическому , так и соответствующему биохимическому анализу для обнаружения фермента / белка / признака исследуемого . Сейчас предпринята попытка соотнести наличие и отсутствие признака с наличием и отсутствием человеческой хромосомы в гибридных клонах.
Если существует идеальная корреляция между наличием и отсутствием человеческой хромосомы и признака в гибридных клонах, считается, что ген, управляющий признаком, расположен в соответствующей хромосоме.
Среда HAT является одной из нескольких селективных сред, используемых для селекции гибридных клеток. Эта среда дополнена гипоксантином , аминоптерином и тимидином , отсюда и название среды HAT. Антиметаболит клеточный биосинтез пуринов и и пиримидинов из простых сахаров аминоптерин блокирует аминокислот . Тем не менее, нормальные клетки человека и мыши все еще могут размножаться, поскольку они могут использовать гипоксантин и тимидин, присутствующие в среде, по пути утилизации , который обычно перерабатывает пурины и пиримидины, образующиеся в результате деградации нуклеиновых кислот . Гипоксантин превращается в гуанин с помощью фермента гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансферазы , а тимидин фосфорилируется тимидинкиназой (HGPRT ) (ТК); и HGPRT, и TK являются ферментами пути спасения. На среде HAT могут пролиферировать только те клетки, которые имеют активные ферменты HGPRT (HGPRT+) и TK (TK+), тогда как клетки с дефицитом этих ферментов (HGPRr- и/или TK-) не могут делиться (поскольку они не могут продуцировать пурины и пиримидины). из-за присутствия аминоптерина в среде HAT). Для использования среды HAT в качестве селективного агента Клетки человека , используемые для слияния, должны иметь дефицит либо фермента HGPRT, либо ТК, тогда как клетки мыши должны иметь дефицит другого фермента этой пары. Таким образом, можно объединить клетки человека с дефицитом HGPRT (обозначенные как TK+ HGPRr-) с клетками мыши с дефицитом TK (обозначенные как TK-HGPRT+). Продукты их слияния (гибридные клетки) будут ТК+ (благодаря человеческому гену ) и HGPRT+ (благодаря мышиному гену) и будут размножаться на среде HAT, в то время как клетки человека и мыши не смогут этого сделать. Аналогичным образом можно планировать эксперименты с другими селективными средами.
Характеристика соматической гибридизации и цибридизации.
[ редактировать ]- Слияние соматических клеток, по-видимому, является единственным средством, с помощью которого два разных родительских генома могут быть рекомбинированы среди растений, которые не могут размножаться половым путем (бесполым или стерильным).
- Протопласты сексуально стерильных ( гаплоидных , триплоидных и анеуплоидных ) растений могут сливаться с образованием фертильных диплоидов и полиплоидов .
- Слияние соматических клеток преодолевает барьеры сексуальной несовместимости. В ряде случаев соматические гибриды двух несовместимых растений нашли применение также в промышленности и сельском хозяйстве .
- Слияние соматических клеток полезно при изучении цитоплазматических генов и их активности, и эта информация может быть применена в экспериментах по селекции растений .
Достижения межвидового и межродового слияния
[ редактировать ]Примечание. В таблице приведены лишь несколько примеров, крестов гораздо больше. Возможности этой технологии велики; однако не все виды легко помещаются в культуру протопластов.
| Крест | Пересекся с |
|---|---|
| Овес | кукуруза |
| Брассика китайская | Б. олерацеа |
| Торрентия фурнери | Т. Байлони |
| Brassica oleracea | Б. кампестрис |
| Безвредный дурман | Атропа белладонна |
| Никотиана табакум | Н. клейковина |
| Безвредный дурман | Д. кандида |
| Арабидопсис Талиана | Брассика кампестрис |
| Петуния гибридная | Вице-бобы |
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Раковина, КС; Джайн, РК; Чоудхури, Дж. Б. (1992). «Гибридизация соматических клеток». Отдаленная гибридизация сельскохозяйственных растений . Монографии по теоретической и прикладной генетике. 16 : 168–198. дои : 10.1007/978-3-642-84306-8_10 . ISBN 978-3-642-84308-2 .
- ^ Хельгесон Дж.П., Хант Г.Дж., Хаберлах Г.Т., Остин С. (1986). «Соматические гибриды Solanum brevidens и Solanum tuberosum: экспрессия гена устойчивости к фитофторозу и устойчивости листьев картофеля к скручиванию». Представитель растительных клеток . 5 (3): 212–214. дои : 10.1007/BF00269122 . ПМИД 24248136 . S2CID 22509378 .
- ^ Хэмилл, Джон Д.; Кокинг, Эдвард К. (1988). «Соматическая гибридизация растений и ее использование в сельском хозяйстве». Биотехнология растительных клеток . 18 : 21–41. дои : 10.1007/978-3-642-73157-0_3 . ISBN 978-3-642-73159-4 .
- ^
Торренс, Джеймс (2008). «Высшая биология» (2-е изд.). Ходдер Гибсон.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) . - ^ Солви Ротер, Биргит Хаделер, Хосе М. Орсини, Вольфганг О. Абель, Ральф Рески (1994): Судьба мутантного макрохлоропласта в соматических гибридах. когда картофель гибридизируется с томатом, вместо того, чтобы получить какой-либо один признак, оба признака проявят и получат новое растение под названием Pomato Journal of Plant Physiology 143, 72-77. [1]
- ^ SC Bhatla, Жюстин Кисслинг, Ральф Рески (2002): Наблюдение индукции полярности путем цитохимической локализации фенилалкиламин, , связывающих рецепторов в регенерирующие протопласты мха . patens Physcomitrella Протоплазма 219, 99-105. [2]
- ^ Махеш. Молекулярная биотехнология растений. 2009. Книга.