Genetyka roślin
advertisement
Bezpośrednia embriogeneza somatyczna • Zarodki somatyczne formują się bezpośrednio tylko z tych komórek roślinnych, które są kompetentne już w momencie izolowania z rośliny macierzystej, czyli z proembriogenicznie zdeterminowanych komórek – PEDCs (ang. preembryogenically determined cells) - komórek predysponowanych do różnicowania zarodków. • PEDCs charakteryzują się małymi rozmiarami, stosunkowo gęstą cytoplazmą, małymi wakuolami, dużym jądrem z wyraźnymi jąderkami oraz plastydami z ziarnami skrobi. Cechują się dużą aktywnością podziałową i metaboliczną. Bezpośrednia embriogeneza somatyczna • Po przeniesieniu na pożywkę PEDCs następuje wyzwolenie naturalnych zdolności embriogennych komórek i rozpoczynają się intensywne podziały komórkowe. • Bodźcem wyzwalającym proces embriogenezy bezpośredniej jest głównie egzogenna auksyna. eksplantat (zawiera PEDCs) zarodek Organogeneza pośrednia Pośrednia embriogeneza somatyczna Pośrednia embriogeneza somatyczna 1. Zarodki somatyczne formują się z komórek kalusa, który powstaje na eksplantatach roślinnych. 2. Żywe komórki eksplantatu pod wpływem czynników kultury ulęgają odróżnicowaniu (dedyferencjacji) do stanu merystematycznego, następnie w wyniku podziałów wytwarzają kalus embriogenny. 3. W obrębie kalusa powstają indukowane embriogenicznie zdeterminowane komórki – IEDCs (ang. Induced embryogenic determined cells). 4. IEDCs - komórki małe o stosunkowo gęstej cytoplazmie, słabo zwakualizowane, mające duże jądro z wyraźnymi jąderkami i plastydy zawierające ziarna skrobi. 5. Komórki te po kolejnych podziałach nie rozłączają się i w efekcie doprowadzają do powstania PEM-u, a z niej do formowania jednego lub kilku zarodków. Pośrednia embriogeneza somatyczna Czynnikiem indukującym proces pośredniej embriogenezy somatycznej jest auksyna zawarta w pożywce. Eksplantat Kalus (zawiera IEDCs) PEM Zarodek lub zarodki Prawidłowy przebieg ES w warunkach in vitro zależy od spełnienia dwóch warunków: 1. Do zapoczątkowania procesu niezbędna jest w pożywce obecność auksyny lub substancji auksynopochodnej. Dlaczego? • Stymuluje podziały i wzrost komórek oraz powoduje rozdzielanie się komórek potomnych po podziale. • Zwiększa się zagęszczenie komórek. • Dochodzi do powstania IEDCs a następnie PEM-u. Prawidłowy przebieg ES w warunkach in vitro zależy od spełnienia dwóch warunków: Z chwilą rozpoczęcia embriogenezy konieczne jest obniżenie stężenia lub całkowite usunięcie auksyny z pożywki, gdyż hamuje ona rozwój zarodków. Dlaczego? • Z chwilą powstania PEM-u następuje zmiana reakcji komórek na auksynę. • Auksyna powoduje zwiększenie kwasowości ściany komórkowej, przez co staje się ona bardziej rozciągliwa, wskutek czego komórka może rosnąć (kwasowa teoria wzrostu). • Auksyna hamuje wnikanie jonów wapnia do komórek PEM-u, co ogranicza prawidłową ekspresję genów i tworzenie struktur biegunowych. 2. Przebieg somatycznej embriogenezy in vitro INDUKCJA Indukcja kalusa Indukcja embriogeniczności IEDCs NAMNAŻANIE Proliferacja agregatów PEM Indukcja embriogeniczności RÓŻNICOWANIE Inicjacja różnicowania Rozwój somatycznych zarodków DOJRZEWANIE Indukcja tolerancji na desykację Spoczynek zarodków Pożywka stała z 2,4-D i kinetyną Pożywka płynna z 2,4-D i NAA Pożywka stała bez fitohormonów Pożywka stała z ABA Kiełkowanie i konwersja zarodków zygotycznych i somatycznych Sztuczne nasionko Zarodek somatyczny Membrana hydrofobowa Sztuczne bielmo Otoczkowane zarodki somatyczne Kod genetyczny (informacja genetyczna) - liniowy układ nukleotydów w pojedynczej nici DNA Dlaczego w pojedynczej nici DNA? Odczyt informacji genetycznej zachodzi zawsze w jednym kierunku: od końca 5` do końca 3` Nicią kodującą (sensowną) jest nić DNA 3`→ 5` Nić niekodująca (antysensowna) Cechy kodu genetycznego • Trójkowy – trzy kolejne nukleotydy warunkują włączenie jednego aminokwasu do łańcucha polipeptydowego; odczytywany jest po trzy nukleotydy stanowiące jeden kodon (tryplet) Cechy kodu genetycznego • Niezachodzący – nukleotyd wchodzący w skład jednego kodonu nie może być składnikiem jednocześnie sąsiedniego kodonu AAG GCA ACC AAGCACC Cechy kodu genetycznego • Niejednoznaczny (zdegenerowany) – ten sam aminokwas może być kodowany przez kilka różnych kodonów CZTERY NUKLEOTYDY: A U C G KODON = TRZY NUKLEOTYDY Z CZTERECH MOŻLIWYCH = 64 KOMBINACJE 20 AMINOKWASÓW BUDUJĄCYCH BIAŁKA ŚREDNIO TRZY KODONY NA JEDEN AMINOKWAS 61 KODONÓW SENSOWNYCH (kodujących aminokwasy) + 3 KODONY STOP OCHRE OPAL AMBER Cechy kodu genetycznego • Bezprzecinkowy – pomiędzy kolejnymi kodonami nie ma żadnych wolnych nukleotydów, przerw czy dodatkowych cząsteczek, mogących pełnić rolę przystanków Cechy kodu genetycznego • Uniwersalny – ta sama zasada kodowania poszczególnych aminokwasów obowiązuje w całym świecie ożywionym Table 1.3 Genomes 3 (© Garland Science 2007)
