Гаплоидная технологія
Відео: Біологи отримали стовбурові клітини з одинарним набором хромосом
селекція
Відео: Мейоз
Культивування репродуктивних органів пиляків, незапліднених зав`язей і семяпочек відкриває перспективу масового отримання гаплоїдних рослин, що представляють цінний вихідний матеріал для селекції. Основною перевагою гаплоидной технології є швидке отримання гомозиготних ліній. Такі лінії походять або з батьківського, або з материнського геномів репродуктивних клітин, мають максимальну гомозиготность на відміну від соматичних клітин, для яких характерна гетерозіготность.Значеніе гаплоидной технології було відразу оцінений селекціонерами через значне скорочення часу для створення гомозиготних ліній і отримання швидкої інформації про цінності тих чи інших комбінацій в ранніх поколіннях.
гаплоїдні рослини при культивуванні пиляків отримані більш ніж у 70 видів, в тому числі у пшениці, ячменю, рису, кукурудзи . Оскільки гаплоїди, отримані в культурі пиляків, несуть генотип чоловічий гамети, цей процес називається андрогенезом in vitro. Андрогенез може бути прямим і непрямим. Прямий андрогенез - освіту гаплоїдних рослин-регенерантів завдяки пилкових ембріогенезу, тобто з ембріоїдів, що формуються шляхом ділення микроспор. Виникнення гаплоїдних рослин з каллусов, які утворюються в результаті дедиференціації микроспор, називається непрямим андрогенезом. Не всі рослини, що регенеровані з каллусов, є гаплоїдними, тому для масового отримання гаплоидов необхідно індукувати пилкової ембріогенез.
У клітинах культивованих пиляків можуть йти наступні процеси: 1) ембріоідогене- 2) дедиференціації і каллусогенез- 3) виникають структури кулястої форми: з яких не регенерують рослини- 4) продовження мікроспорогенеза і гаметогенеза- 5) деградація мікроспор. Рослини-регенеранти: в тому числі гаплоїдні з`являються завдяки двом першим процесам.
При нормальному розвитку пилку in vivo одноядерні мікроспори зазнають асіммтерічное розподіл з утворенням генеративної і вегетативної клітин. Вегетативна клітина надалі залишається в стані спокою, тоді як генеративна клітина ділиться, утворюючи два спермія. У пилкових зернах на пізніх стадіях запрограмований гаметофіний шлях з утворенням сперміїв.
Тільки молоді мікроспори або пилок, що відбулися одразу після першого мітозу можуть бути індуковані для переходу на спорофітний шлях розвитку in vitro. При виділенні пиляків з квіткових бутонів і поміщення їх на поживне середовище індукується спорофітний шлях розвитку мікроспор. Усередині пильовика відбуваються численні поділу микроспор і утворюється багатоклітинний комплекс, з якого формуються різні андрогенні структури (глобули, ембріоїдів), що дають початок гаплоїдним рослинам.
Як же відбувається розвиток микроспор in vitro? З`ясовано 4 основних шляхи андрогенеза:
1 шлях. Мікроспора ділиться на дві ідентичні дочірні клітини, які здатні до спорофітному розвитку. В даному випадку не відбувається формування вегетативних та генеративних клітин.
2 шлях. Мікроспора в результаті нерівного розподілу утворює вегетативну і генеративну клітини. Спорофіти виникають в результаті подальшого розвитку вегетативної клітини, а генеративна клітина дегенерує.
3 шлях. Ембріоїдів формуються тільки з генеративної клітини. У таких випадках вегетативна клітина або зовсім не ділиться, або ділиться до певної межі.
4 шлях. Як і в другому випадку, в результаті поділу одноядерной мікроспори утворюються вегетативна і генеративних клітини, які в подальшому діляться і беруть участь в розвитку спорофіта. Потім можливо безпосереднє формування ембріоїдів або освіту спорофитов шляхом регенерації з каллуса.
Поряд з розвитком культури пиляків і мікроспор (андрогенез) останнім часом приділяється велика увага і культивування незапліднених зав`язей і семяпочек, а також зародкових мішків (гіногенез). Цей напрямок має ряд переваг перед андрогенезом: 1) отримання гаплоидов у чоловічому стерильних рослин можливо тільки через гіногенез- 2) жіночий гаметофіт є джерелом гаплоидов у тих рослин, у яких андрогенний каллус має низьку морфогенетичної потенцією або призводить до утворення альбіносов- 3) зародковий мішок на відміну від микроспор здатний до індукції спорофіта на всіх стадіях розвитку.
Новий організм в нормі може виникнути тільки з зиготи - заплідненої яйцеклітини. Однак, в певних умовах в клітинах зародкового мішка може бути порушений генетично запрограмований цикл розвитку, і початок новому організму, крім яйцеклітини можуть дати і інші елементи зародкового мішка (синергіди, антиподи). При цьому утворюються апоміктіческіе зародки, які успадковують ознаки тільки материнського організму. Це явище має важливе значення, оскільки утворюється зародок успадковує ознаки тільки материнського організму, що і викликало розвиток методу гиногенеза. Культура незапліднених зав`язей і семяпочек відкриває великі можливості для отримання гиногенетических гаплоидов (дігаплоідов). Найбільший простір цей напрям відкриває для дослідження фундаментальних механізмів реалізації морфогенетических потенцій клітин і для прикладних розробок зі створення нових вихідних форм рослин.
Увійшло в селекційну практику також отримання гаплоидов методом селективної елімінації хромосом в гібридному зародку. При схрещуванні культурного ячменю (Hordeum vulgare) з диким цибулинних ячменем Hordeum bulbosum виникають гаплоїди з набором хромосом Hordeum vulgare. На стадії початку росту зародка і ендосперму відбувається елімінація хромосом дикого виду, гаплоїдіих виникають з запилюють рослин в обох випадках схрещування, коли Hordeum bulbosum служать як материнської, так і батьківської формою. У першому випадку з`являються гаплоїди дикого виду, у другому - гаплоїди культурного ячменю, що має велике значення для селекції. Оскільки гаплоїди стерильні, для отримання фертильних рослин гаплоїди обов`язково повинні бути переведені на диплоїдний рівень. Дігаплоід, отриманий з гаплоидного організму є абсолютно гомозиготних. Використання гібридизації з ячменем цибулинних і подвоєння хромосом різко скорочує час, необхідний для отримання гомозигот. Гаплоїди дуже цінні також для мутаційної селекції, тому що на гаплоидном рівні полегшується ідентифікація генетичних змін.
