ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. РАСТЕНИЯ. Лекция 8

Содержание

Слайд 2

Словарь Фитогормоны – регуляторы роста и развития растений Апикальная меристема –

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
Слайд 3

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕРЕНИЯ. РАСТЕНИЯ. Лекция 8

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕРЕНИЯ. РАСТЕНИЯ. Лекция 8

Слайд 4

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. Термин. совокупность методов и подходов, используемых для конструирования клеток нового типа

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. Термин.

совокупность методов и подходов, используемых для конструирования клеток нового типа


Слайд 5

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. Методы

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. Методы

Слайд 6

ИСТОРИЯ ВОПРОСА КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕРЕНИЯ. РАСТЕНИЯ. Лекция 8

ИСТОРИЯ ВОПРОСА

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕРЕНИЯ. РАСТЕНИЯ. Лекция 8

Слайд 7

Hermann Vöchting Karl Rechinger Gottlieb Haberlandt Г.Габерланд выдвинул гипотезу о тотипотентности

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..

Слайд 8

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

Ross Harrison

Aleksis Carrel

http://www.corning.com/

German Kotte

American Robbins

История вопроса

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

Слайд 9

Roger Gautheret Philip White История вопроса 4 этап (1932-1940 гг.) Р.Готре

Roger Gautheret

Philip White

История вопроса

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
Слайд 10

Folke Skoog http://labs.bio.unc.edu/ Miller and Skoog demonstrate that the ration of

Folke Skoog

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

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

organogenesis in vitro 

Carlos Miller

История вопроса

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

Слайд 11

Edward C. Cocking http://www.plantmethods.com/ J.B. Power Somaclonal variation История вопроса 6

Edward C. Cocking

http://www.plantmethods.com/

J.B. Power

Somaclonal variation

История вопроса

6 этап (1960-1975 гг.)
Э.Кокинг получил клетки

без клеточной стенки (протопласты) из плодов и корней томата
Дж.Пауэр (1955)
стимулировал слияние протопластов
Слайд 12

История вопроса Раиса Григорьевна Бутенко основала школу биологии растительной клетки в

История вопроса

Раиса Григорьевна Бутенко
основала школу биологии растительной клетки в России и

разрабатывала технологию микроклонального размножения растений in vitro
Слайд 13

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ РАСТЕНИЙ КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕРЕНИЯ. РАСТЕНИЯ. Лекция 8

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ РАСТЕНИЙ

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕРЕНИЯ. РАСТЕНИЯ. Лекция 8

Слайд 14

Области применения umelec.com.ru

Области применения

umelec.com.ru

Слайд 15

Растительные культуры

Растительные культуры

Слайд 16

Культура каллусных клеток Характеристика: тотипотентность дедифференцированность асинхронность деления генетическая гетерогенность Получение:

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

Слайд 17

Фитогормоны

Фитогормоны

Слайд 18

"Селекция. Биоинженерия растений" A.Индукция каллуса из зрелых семян B. Индукция каллуса

"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

Слайд 19

Суспензионная культура http://bio-x.ru/ Характеристика: типичные каллусные клетки выращивают в жидкой питательной

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
Слайд 20

Культура одиночный клеток Получение: из каллуса, экспланта, протопласта и др. изолирование

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

Слайд 21

Меристематическая культура Характеристика способность к делению высокая метаболическая активность Получение: из

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

Слайд 22

Культура пыльников Получают из незрелых пыльников, в которых пыльцевые зерна находятся

Культура пыльников

Получают
из незрелых пыльников, в которых пыльцевые зерна находятся в

стадии, предшествующей первому делению микроспор на вегетативное и генеративное зерна.

http://bio-x.ru/

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

Слайд 23

требования к выращиванию биообъектов в культуре in vitro Сбалансированность питательных сред

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

Слайд 24

Практическое применение

Практическое применение

Слайд 25

Микроклональное размножение и оздоровление растений НЕПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ РАСТЕНИЙ Основа метода: тотипотентность

Микроклональное размножение и оздоровление растений

НЕПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ РАСТЕНИЙ
Основа метода: тотипотентность

растительных клеток, то есть способность полностью реализовывать потенциал развития «клетка – целое растение».
Слайд 26

Этапы клонального микроразмножения растений

Этапы клонального микроразмножения растений

Слайд 27

Регенерация растений из культуры тканей. Методы. Эмбриоид – зародышеподобная структура, развивающаяся

Регенерация растений из культуры тканей. Методы.

Эмбриоид – зародышеподобная структура, развивающаяся

in vitro, формирующая цельный проросток, не связанный сосудами с каллусом
Слайд 28

Способы клонального микроразмножения растений Адвентивные почки – почки, возникшие у растений

Способы клонального микроразмножения растений

Адвентивные почки – почки, возникшие у растений из

клеток и тканей, обычно их не образующих.
Слайд 29

"Селекция. Биоинженерия растений" Регенерация побегов из морфогенного каллуса сахарной свеклы (Beta vulgaris L.)

"Селекция. Биоинженерия растений"

Регенерация побегов из морфогенного каллуса
сахарной свеклы (Beta vulgaris

L.)
Слайд 30

Слайд 31

Слайд 32

"Селекция. Биоинженерия растений" Регенерация побегов из листовых эксплантов сахарной свеклы (Beta vulgaris L.)

"Селекция. Биоинженерия растений"

Регенерация побегов из листовых эксплантов сахарной свеклы (Beta vulgaris

L.)
Слайд 33

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

Микроклональное размножение
– базовый метод для получения соматических гибридов и генетической

трансформации растений

Применение в практике

Слайд 34

Соматическая гибридизация Получение гибридов соматических клеток неродственных и филогенетически отдаленных видов

Соматическая гибридизация

Получение гибридов соматических клеток неродственных и филогенетически отдаленных видов

Слайд 35

Гибридизация соматических клеток Полное слияние – образуются двухядерные гетерокарионы, дающие начало

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.
Слайд 36

ТЕХНИКА КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ РАСТЕНИЙ КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕРЕНИЯ. РАСТЕНИЯ. Лекция 8

ТЕХНИКА КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ РАСТЕНИЙ

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕРЕНИЯ. РАСТЕНИЯ. Лекция 8

Слайд 37

Получение соматических гибридов у растений

Получение соматических гибридов у растений

Слайд 38

Получение протопластов методы Изолированный протопласт – это содержимое растительной клетки, окруженное

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).

Слайд 39

Культивирование протопластов методы метод «жидких капель» платирование в питательные среды добавляют

Культивирование протопластов

методы

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

Слайд 40

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

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)

Слайд 41

http://rudocs.exdat.com/

http://rudocs.exdat.com/

Слайд 42

Биосинтез в растениях и суспензионных культурах По оценкам специалистов список веществ

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.

Слайд 43

Биотрансформация в суспензионных культурах Например, культуры клеток лебеды и картофеля способны

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.

Слайд 44

Страны – держатели крупных коллекций генетических ресурсов растений http://rudocs.exdat.com/

Страны – держатели крупных коллекций генетических ресурсов растений

http://rudocs.exdat.com/