Отримання гаплоїдів, Безкоштовні курсові, реферати та дипломні роботи

Великий інтерес для селекціонерів становлять гаплоїдні рослини. Гаплоїди одержують двома способами. Перший спосіб класичний - віддалена гібридизація, коли в зиготі віддаленого гібриду хромосоми одного з видів гинуть. Другий спосіб заснований на методиках культивування in vitro, де з незапліднених статевих клітин з редукованим набором хромосом можна регенерувати цілі рослини.

Зазвичай гаплоїдні рослини стерильні, оскільки вони порушено формування чоловічих і жіночих гамет. При культивуванні in vitro, однак, може статися спонтанне подвоєння хромосом, або його можна викликати штучно, наприклад, обробивши колхіцин клітини або рослини. Дигаплоїди фертильні та цілком життєздатні.

Гаплоїди та дигаплоїди мають ряд переваг у селекційній роботі:

Гаплоїдні рослини мають один … набір хромосом, характерний для гамет, що дає селекціонерам можливість спостерігати мутації відразу ж під час огляду гаплоїдних рослин, оскільки всі рецесивні генні мутації в гаплоїдних організмах не маскуються домінантними алелями.
Якщо гаплоїдні клітини піддати поліплоїдизації за допомогою колхіцину, то виникнуть дигаплоїди, що характеризуються абсолютною гомозиготністю. При розмноженні дигаплоїдів немає розщеплення, всі ознаки стабільно успадковуються потомством. Схрещування гомозиготних ліній дає, зазвичай, високопродуктивне потомство.
Гомозиготні рослини використовуються селекціонерами та інших цілях: кількісний генетичний аналіз, вивчення взаємодії генів, вивчення генетичної мінливості, визначення груп зчеплення, встановлення числа генів, які діють кількісні ознаки, визначення локалізації полігенів тощо.
Гаплоїдні рослинипозбавлені летальних чи сублетальних мутацій, які ведуть загибелі чи ослаблення потомства.

Найбільш поширені такі методи індукування гаплоїдів:

індукований андрогенез у культурі пильовиків та пилку;
селективна елімінація хромосом у гібридному зародку. Цей метод найчастіше використовується у селекції злакових;
псевдогамія - розвиток гаплоїдного зародка після запліднення стороннім пилком без запліднення яйцеклітини;
гіногенез - розвиток ізольованої семяпочки.

У клітинній інженерії найчастіше застосовується перший метод. Вперше гаплоїдні рослини були отримані в 1964 індійськими дослідниками С. Гуха і С. Махешварі при культивуванні пильовиків дурману. З того часу таким методом отримані гаплоїдні рослини більш ніж у 200 видів, у тому числі пшениці, ячменю, жита, рису, картоплі та інших культур. Для культури пильовиків використовують цілі пильовики, стерильно виділені з бутонів у певній фазі розвитку. Їх поміщають на тверде живильне середовище, або на поверхню рідкого живильного середовища. У поодиноких випадках культивують бутони або суцвіття.

Отримання гаплоїдних рослин із ізольованих пильовиків може йти за двома напрямками: пряма регенерація соматичних зародків і непряма через каллусогенез. У першому випадку всередині пильовиків з окремих пилкових зерен формуються проембріональні структури, які за певних умов культивування розвиваються вембріоїди, що дають початок гаплоїдним рослинам. Ембріоїди - зародкові структури. У другому - пилок ділиться, але клітини, що виникли в результаті поділів, швидко збільшуються в розмірах і, розриваючи оболонку зерна пилку, утворюють каллус. Внаслідок подальшого морфогенезуз цих калюсних клітин регенерують рослини. При цьому рослини можуть мати різний ступінь плідності - ді-, полі-, анеуплоїдні. Останні часто стерильні, але після обробки рослин колхіцином відбувається подвоєння числа хромосом, у результаті можна отримати фертильні гомозиготи.

Культура пилку є культивуванням мікроспор, звільнених від соматичних тканин пильовика, в рідкому середовищі. Пилок від соматичної тканини пильовика відокремлюють декількома способами:

- Спонтанне вивільнення (пасивний спосіб) - пильовики певним чином обробляються, інкубуються на рідкому середовищі, де лопаються, а пилок вивільняється і спливає нагору.

- Пильовики, що культивуються в рідкому середовищі, руйнують, надрізаючи скальпелем і обережно видавлюючи пилок, потім фільтрують (пори фільтра 50 -100 мкм) і центрифугують. Осад спор промивають і суспендують у рідкому середовищі.

До недоліків методу андрогенезу належить висока частота утворення альбіносів – рослин без хлорофілу.

При віддаленій гібридизації деяких видів встановлено явище селективної елімінації хромосом одного з батьків на ранній стадії гібридного зародка. Це добре вивчене у ячменю. При схрещуванні диплоїдних ячменів Hordeum vulgare (культурний) та H. bulbosum (багаторічний цибулинний дикий) на стадії зростання зародка та ендосперму (через 5 днів після запліднення) відбувається випад хромосом дикого виду. Виникає гаплоїд із набором хромосом H. vulgare. Через 15 діб після запліднення зростання гібридного зародка на материнській рослині припиняється, але при культивуванні in vitro з таких зародків розвиваються проростки. Частота і кількість рослин, що утворилися, при цьому способі дуже високі. Крім того, рослини-альбіноси не утворюються.За допомогою цього методу було виведено сорти ячменю Істок та Одеський-115 – за 4 роки замість 10 – 12 років звичайної селекції, сорт моркви Соната. У Канаді так було отримано сорти Мінго та Родео.

Елімінація хромосом зустрічається і в інших пологів. Якщо як запилювач використовувати дикий ячмінь, то можна індукувати гаплоїди у жита і пшениці.

Роботи з одержання гаплоїдів у культурі жіночого гаметофіту розпочалися у 50-ті роки. Останнім часом інтерес до них зріс. У рослин із чоловічою стерильністю культивування незапліднених сім'ячок є єдиною можливістю отримання гаплоїдів. Жіночий гаметофіт може бути джерелом отримання гаплоїдів і рослин з низьким морфогенетичним потенціалом калюсної тканини, або якщо калюсна тканина регенерує рослини-альбіноси. У деяких рослин, наприклад, у ячменю та рису, індукція зелених рослин набагато вища при гіногенезі порівняно з андрогенезом. Гіногенез може йти двома шляхами – через ембріогенез та через калусогенез.