|
Техника слияния протопластов: гаплоидные растения
Гибридные формы высших растений можно получать с использовани-
ем приема клеточной инженерии, на основе парасексуальной гибридиза-
ции в результате слияния протопластов. Техника слияния протопластов
позволит генетикам расширить разнообразие гибридных растений. Это
перспективная техника гибридизации не зависит от обычного полового
размножения, посредством которого с достаточно большим трудом уда-
лось получить гибриды пшеницы и ржи (тритикале), репы и капусты (ра-
фанобрасика).
Метод заключается в том, что в качестве родительских используют не
половые клетки (гаметы), а клетки тела (сомы) растения. Изолированные
протопласты, выделенные из родительских организмов, в определенных
условиях сливаются. Из полученных гибридных клеток в дальнейшем раз-
виваются целые растения – гибриды. Применение этой технологии стало
возможным в результате разработки двух новых экспериментальных мето-
дов – метода культуры клеток и тканей и метода изолированных протопла-
стов. Метод изолированных протопластов позволяет с помощью фермента-
тивного гидролиза разрушать клеточные стенки и получать растительные
клетки, лишенные клеточной оболочки, покрытые только плазмолеммой.
Протопласты могут сливаться друг с другом с образованием единого целого,
способного регенерировать в целое гибридное растение, с помощью поли-
этиленгликоля или под воздествием электрического поля (рис. 6.6).
Применение протопластов для генетических экспериментов стало воз-
можным после того, как было обнаружено, что эффективным индуктором
их слияния является полиэтиленгликоль (ПЭГ). Поверхности раститель-
ных клеток и протопластов окружены водным слоем и имеют отрицатель-
ный заряд. Эти обстоятельства препятствуют слиянию. Действие ПЭГ,
видимо, заключается в снижении поверхностных зарядов и отнятии воды.
После обработки клеток ПЭГ создаются условия для контакта клеточных
мембран. В местах контакта происходит разрыв мембран, и содержимое
двух протопластов объединяется. Образующиеся гибридные структуры
сохраняют способность к восстановлению клеточной стенки, в результате
появляются гибридные клетки. Универсальность и простота метода дела-
ют его доступным для селекции промышленно важных продуцентов. Ге-
нетическая рекомбинация в сочетании с индуцированным мутагенезом
создает огромное разнообразие форм, увеличивая материал для отбора.
Техника дает возможность для получения межвидовых и межродовых
гибридов и открывает пути для скрещивания филогенетически отдален-
ных форм.
Первое сообщение о гибридизации растений табака путем слияния со-
матических клеток появилось в 1972 г. С тех пор появились сотни успеш-
ных работ по парасексуальной гибридизации. Среди полученных форм –
внутривидовые, межвидовые, межродовые, межтрибные и межсемейст-
206
венные гибриды. Методика наиболее отработана применительно к видам
семейства пасленовых. Получены парасексуальные гибридные растения в
родах Nicotiana (в том числе табака), Solanum (картофель), Lucopersicum
(томат); крестоцветных, зонтичных. Получены плодовитые, фенотипиче-
ски нормальные межвидовые гибриды табака, картофеля, капусты с тур-
непсом. Имеются стерильные межвидовые гибриды картофеля и томатов
(поматы), табака и картофеля, табака и беладонны, образующие нормаль-
ные стебли и корни. Удается получать растения, гетерозиготные по вне-
ядерным генам; гибриды, в которых от одного родителя получено ядро, а
от другого – цитоплазма.
В настоящее время исследования и уровень данной технологии дос-
тигли такого состояния, при котором становится возможным практиче-
ское применение метода для улучшения ряда культурных видов растений.
I
II
б
в
г
г
д
в
б
а
д
Гибридный
протопласт
Гибридный
протопласт
Гибридный
протопласт
время
а
Электроды
по
ле
Рис. 6.6. Схема и этапы слияния протопластов растений
под действием полиэтиленгликоля (I) и электрического поля (II) (по Х. Борман, 1991).
207
Основными направлениями работ по соматической гибридизации высших
растений являются: гибридизация клеток как средство расширения рамок
скрещивания; слияние клеток и перенос или реконструкция генов цито-
плазмы; слияние клеток с целью переноса отдельных небольших фрагмен-
тов генома. При гибридизации соматических клеток возможно получение
асимметричных гибридов, что может способствовать получению более
устойчивых и функционально совершенных растений.
Do'stlaringiz bilan baham: |
