Genetyka roślin

advertisement
Mikrorozmnażanie roślin
• Technika mikrorozmnażania (rozmnażania
klonalnego) pozwala rozmnożyć w warunkach in
vitro materiał roślinny z niewielkich fragmentów
roślin, tkanek lub pojedynczych komórek i otrzymać
tym sposobem dużą ilość sadzonek w stosunkowo
krótkim czasie.
• Jako eksplantaty pierwotne wykorzystywane są tu
przede wszystkim tkanki merystematyczne,
składające się z młodych, szybko dzielących się
komórek. Tkanki te pozbawione są patogenów
grzybowych i wirusów, stąd dają początek zdrowym
roślinom
Mikrorozmnażanie (rozmnażanie klonalne, szybkie klonowanie)
Tytuł scMikrorozmnażanie (rozmnażanie klonalne, szybkie klonowanie)hematu
Mikrorozmnażanie
Embriogeneza somatyczna
bezpośrednia
pośrednia
kultura merystemów
(rozwój pąków bocznych)
Organogeneza
bezpośrednia
pośrednia
kultura fragmentów pędów
(rozwój pąków bocznych)
Mikrorozmnażanie in vitro
• Rozmnażanie cennych materiałów
występujących w nielicznych
egzemplarzach;
• Rozmnażanie materiałów matecznych;
• Tworzenie klonów z materiałów
mieszańcowych;
• Produkcja zdrowego materiału;
• Produkcja sadzonek in vitro;?
Embriogeneza somatyczna
Embriogeneza somatyczna
sposób wegetatywnego rozmnażania roślin
polegający na indukcji rozwoju zarodków
somatycznych (embrioidów) z tkanki
somatycznej w warunkach in vitro.
Embriogeneza somatyczna
• Pozwala na uniezależnienie produkcji cennego
materiału siewnego od czynników klimatycznych;
• Umożliwia przyspieszenie tworzenia nasion u
roślin charakteryzujących się długim cyklem ich
produkcji;
• Somatyczne zarodki mogą być bezpośrednio lub
po wysuszeniu i/lub otoczkowaniu
wykorzystywane jako tzw. sztuczne nasiona
(someseed, artifficial seed, synthetic seed).
Embriogeneza somatyczna i
zygotyczna - podobieństwa i różnice
Embriogeneza in vivo
zygotyczna
z zapłodnionej
komórki jajowej
apomiktyczna
z niezapłodnionych
komórek woreczka
zalążkowego
Embriogeneza in vitro
somatyczna
gametyczna
z mikrospor
z komórek
somatycznych
kalus
z izolowanych i
połączonych gamet
Etapy embriogenezy
Embriogeneza somatyczna i zygotyczna podobieństwa
W procesie somatycznej embriogenezy roślin
dwuliściennych występują podobne stadia
rozwojowe takie jak wczesno-, środkowo- i
późnoglobularne, wczesno- i późnosercowate
torpedy i liścieniowe.
Embriogeneza somatyczna i zygotyczna różnice
1.
2.
3.
4.
Zarodki zygotyczne in vivo
rozwijają się w woreczku
zalążkowym w wyniku
fuzji gamet.
Zarodki zygotyczne
podczas rozwoju w
stadium
wczesnoglobularnym
rozwijają suspensor, który
zanika w stadium torpedy
lub pozostaje w stadium
szczątkowym.
Globularne stadia
zarodków zygotycznych są
mniejsze niż
somatycznych.
Merystem wierzchołkowy
zarodków zygotycznych
jest lepiej rozwinięty.
1.
2.
3.
4.
Zarodki somatyczne
rozwijają się w warunkach
in vitro bezpośrednio lub
pośrednio z komórek
eksplantatu pierwotnego.
Zarodki somatyczne nie
mają suspensora.
Globularne stadia
zarodków somatycznych są
większe niż zygotycznych.
Merystem wierzchołkowy
zarodków somatycznych
jest słabiej rozwinięty.
5.
6.
7.
8.
Zarodki zygotyczne
wytwarzają jeden liścień
(rośliny jednoliścienne) lub
dwa liścienie (rośliny
dwuliścienne).
Rozwojowi zarodka
zygotycznego towarzyszy
rozwój bielma.
Zarodki zygotyczne otoczone są
zawsze okrywą nasienną.
Rozwój zygotycznego zarodka
kończy się powolnym
odwodnieniem, które powoduje
stopniową redukcję
metabolizmu, zatem wraz z
utrata wody z tkanek nasienia
zarodek przechodzi w stan
spoczynku.
5.
6.
7.
8.
9.
Zarodki somatyczne
wytwarzają dwa i więcej
liścieni i często są one drobne.
W rozwoju zarodka
somatycznego nie ma procesu
tworzenia się bielma.
Zarodki somatyczne nie są
okryte okrywą nasienną, stąd
nie ma stadium liścieniowego w
postaci „laski”.
Zarodki somatyczne naturalnie
nie przechodzą procesu
uśpienia, kiełkują
przedwcześnie.
Zarodki somatyczne produkują
takie same materiały zapasowe
jak zygotyczne, ale w innym
czasie i w innych ilościach.
Geneza zarodków powstających w
wyniku embriogenezy somatycznej:
1. Pojedyncza komórka → zarodek
2. Pojedyncza komórka → PEM → zarodek
Embriogeneza somatyczna
Pojedyncza komórka → zarodek
• Większość zarodków somatycznych
wywodzi się bezpośrednio z pojedynczej
komórki.
• Jest to możliwe, gdy eksplantatami są
zarodki zygotyczne, komórki ośrodka,
synergidy lub epiderma liścieni.
Pojedyncza komórka → PEM → zarodek
• Pojedyncza komórka dzieląc się doprowadza do
wytworzenia niewielkiej grupy komórek zwanej
proembriogeniczną masą komórek – PEM (ang.
pre-embryogenic mass).
• Cechą charakterystyczną komórek tworzących
PEM jest to, że nie rozłączają się po podziałach i
wszystkie komórki wchodzące w skład
pojedynczego PEM-u uczestniczą w formowaniu
jednego lub kilku zarodków somatycznych.
• Jest to możliwe w przypadku zawiesin
komórkowych, kultur kalusa lub protoplastów.
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
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
Organogeneza
Powstawanie przybyszowych struktur
jednobiegunowych, tj. pędów, korzeni,
kwiatów.
• W zależności od eksplantatu zawiązki
nowych organów powstają z różnych warstw
komórek, np. w eksplantatach łodygowych
lub liściowych z epidermy lub warstw
subepidermalnych, w eksplantatach
korzeniowych z merystemów wtórnych, z
kory pierwotnej lub okolic protoksylemu.
Organogeneza bezpośrednia
• Tworzenie zawiązków
jednobiegunowych organów
przybyszowych bezpośrednio z
komórek pobranych z rośliny dawcy.
• Kompetentnymi do organogenezy
bezpośredniej w obrębie eksplantatu
mogą być:
– Pojedyncze komórki
– Niewielkie skupiska komórek
Organogeneza bezpośrednia
Eksplantat (komórka / komórki kompetentne → organ
Organogeneza bezpośrednia pojedyncze komórki
kompetentne
• Postępujące po sobie podziały
doprowadzają do wytworzenia grupy
kilku lub kilkunastu komórek
merystematycznych, tworzących razem
jeden zawiązek organu (inicjał).
Organogeneza bezpośrednia –
skupisko komórek kompetentnych
1. Utworzenie przez dzielące się komórki
jednego zawiązka;
2. Powstawanie tylu zawiązków ile było
komórek kompetentnych.
Organogeneza pośrednia
• Proces formowania de novo zawiązków organów
przybyszowych z komórek kalusa powstającego
wtórnie na eksplantacie roślinnym.
• Żywe komórki wyizolowane z rośliny dawcy, a nie
mające kompetencji morfogenetycznych, pod
wpływem czynników kultury in vitro podlegają
odróżnicowaniu (dedyferencjacji) do stanu
merystematycznego.
• Komórki te poprzez szybkie i wielokrotne podziały
doprowadzają do wytworzenia kalusa.
• W niektórych jego komórkach dochodzi do indukcji
kompetencji i w wyniku zmiany ekspresji
określonych genów rozpoczyna się proces
powtórnego różnicowania się (redyferencjacji) w
wybranym kierunku.
Organogeneza pośrednia
Eksplantat
kalus
(komórka / komórki o indukowanej kompetencji)
organ
Organogeneza in vitro przez fazę
kalusa
Kultury in vitro merystemów i
fragmentów pędów
Multiplikacja na pożywce z
cytokininą
Merystemy
wierzchołkowe
lub kątowe sterylizacja
Inicjacja kultury
in vitro
Ukorzenianie
in vitro
Po uprzedniej sterylizacji na pożywkę
wykładane są młode pąki
Download
Random flashcards
ALICJA

4 Cards oauth2_google_3d22cb2e-d639-45de-a1f9-1584cfd7eea2

Create flashcards