Мои Конспекты
Главная | Обратная связь

...

Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Создание нового, сохранение старого





Помощь в ✍️ написании работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

...Или в пробирке, как в саду,
Вырастить новую еду
И применять взамен обычной
Или с обычной наряду.
Михаил Щербаков

Теперь поговорим о направлениях, не столь коммерциализованных, но тем не менее важных и перспективных. Прежде всего это технологии, связанные с селекцией.

В начале статьи мы рассказывали о протопластах — растительных клетках без жесткой стенки, «освобожденных из деревянной тюрьмы», по выражению американского ученого Артура Галстона. Разработаны специальные методы, с помощью которых можно заставить два протопласта слиться. Это называют соматической гибридизацией. С ее помощью можно получать не только межвидовые, но и межродовые гибриды! При этом гибридизуются как ядерные, так и цитоплазматические геномы. (Цитоплазматические — это собственные геномы митохондрий и пластид: в обычном случае потомство наследует их, как и всё, что содержится в цитоплазме, от крупной материнской клетки, но не от спермия, который несет лишь ядерные хромосомы.) Если у одного из протопластов инактивировать или удалить ядро, получится цибрид — растение, гибридное только по цитоплазматическим геномам. Подобными методами создают сельскохозяйственные растения с новыми ценными свойствами — например, «заимствуют» у диких видов картофеля устойчивость к болезням и вредителям, которой так не хватает культурным сортам. Соматическая гибридизация в своем роде не менее эффективна, чем создание ГМО.

Кстати, создание генно-модифицированных растений тоже предполагает работу с культурами клеток. В культуре гораздо быстрее можно разобраться и с биохимией нового растения — к примеру, проверить, синтезируется или нет вещество, которое будет защищать его от вредителей, или провести первичные испытания на безопасность. А если результаты будут удовлетворительными, быстрее можно получить новые растения в большом количестве.

С другой стороны, для некоторых клеточных технологий новые возможности предоставляет генная модификация. Искусственные семена — такое красивое называние получили соматические эмбриоиды растений, заключенные в гелевую оболочку (это впервые проделали Шерри Китто и Жюль Янник, публикация 1985 года). Но можно обойтись и без зародышей, если использовать культуру ткани корня, трансформированную бактериямиAgrobacterium rhizogenes, они же Rhizobium rhizogenes, — это близкий родственник Agrobacterium tumefaciens, чаще всего используемой в генной инженерии растений. Поражая корни растений, эти агробактерии тоже внедряют в клетки свой генетический материал в виде плазмид и заставляют ткань хозяина продуцировать опины — источник пищи для «гостей», а также бурно расти. А бурно растущую ткань особенно удобно культивировать. Ее выращивают в биореакторах для синтеза вторичных метаболитов, а кроме того, изготавливают из такой трансформированной ткани вегетативные искусственные семена — кусочки корня в гелевой оболочке. Задачи все те же: размножение, хранение, оздоровление, транспортировка. В одном из последних номеров журнала «Физиология растений» (2011, т. 58, № 3) опубликована статья сотрудников ИФР РАН, посвященная «корневым» искусственным семенам шлемника байкальского и руты душистой.

Селекционерам, как и садоводам, нужны чистые линии — растения, гомозиготные по генам всех интересующих признаков. Высшие организмы (растения и животные) диплоидны (2n), то есть каждый ген у них существуют в двух экземплярах — один получен от материнской половой клетки, другой от отцовской. Если эти копии одинаковы, то организм гомозиготен по этому гену, если различаются — гетерозиготен. Селекционерам требуются линии с высокой степенью гомозиготности, потому что в них возможен более жесткий отбор — никаких сюрпризов, связанных с рецессивными генами. (Рецессивные — это гены скрытых признаков: когда такой ген стоит в паре с более «сильным» доминантным геном, его эффект незаметен, а вот когда в одном растении встретятся два рецессивных гена, новый, не всегда желательный признак проявится.) Чтобы сделать гибридную линию стабильной путем самоопыления, нужны годы, на создание нового сорта уходит в среднем 10–12 лет.

Однако у высших организмов есть и гаплоидные клетки, с одним набором хромосом (n) — это половые клетки. Из школьного курса ботаники мы знаем, что растения не так чувствительны к плоидности, как высшие животные, — и тетраплоидные (4n), и октаплоидные (8n) организмы встречаются нередко. А в лабораторных условиях, если изолировать гаплоидные клетки — завязь с семяпочкой либо пыльники с микроспорами — и вырастить их в культуре, можно получить гаплоидное растение, все свойства которого будут как на ладони. Это сильно ускоряет работу селекционера.

Способ получения гаплоидов из культуры пыльников открыли в 1964 году индийские исследователи Сипра Гуха и Сатиш Махешвари. Позднее были найдены и способы получения гаплоидных культур из неоплодотворенных зародышей. Чтобы проверить, действительно ли растение гаплоидное, можно напрямую подсчитать число хромосом в клетках (для этого хорошо подходят активно делящиеся клетки кончиков корней). Есть и косвенный метод подтверждения гаплоидности — у таких растений примерно вдвое меньше хлоропластов в клетках устьиц, открывающих и закрывающих поры на листе.

Гаплоидные растения стерильны, но получить семена от них можно, если обработать колхицином. Это вещество (кстати, тоже растительного происхождения — алкалоид безвременника) разрушает микротрубочки веретена деления. В результате хромосомы не расходятся к полюсам — происходит их удвоение без деления, и их количество в одной клетке удваивается. Технология проста: ватку, пропитанную раствором колхицина, кладут на верхушку гаплоидного растения. После цветения оно дает семена, идеально гомозиготные.

Сравнительно недавно в РСХА таким образом научились получать гаплоидные и дигаплоидные растения-регенеранты белокочанной капусты из культуры. (Дигаплоидов получают гаплоидизацией полиплоидных растений, для тех же целей, что и гаплоидные из диплоидных; кто запутался в терминологии, пусть посмотрит в учебнике.)

Получение чистых линий — это второй этап традиционной селекции. Новые признаки, нужные селекционеру, дает гибридизация. Но бывает так, что выбранные генотипы не скрещиваются in vivo (потому, что цветут в различное время или из-за «анатомической несовместимости» — скажем, пыльцевая трубка, прорастающая из пыльцевого зерна, слишком коротка и не дотягивается яйцеклетки.) Однако во многих случаях оплодотворение можно произвести in vitro. «Жаль, что селекционеры мало этим пользуются», — отмечает Е. А. Калашникова.

Но и получить гибридные семена — это только первый шаг, они должны еще успешно начать развиваться и прорасти. А с этим бывают проблемы: например, если генетическое несходство родительских растений достаточно велико, может получиться так, что зародыш и эндосперм, обеспечивающий питание зародыша, станут развиваться асинхронно. В итоге зародыш погибнет либо от недостатка питательных веществ, либо будет отравлен их избытком. Но этого можно избежать, если извлечь зародыш из незрелого семени и поместить его в питательную среду оптимального состава. (Как это делается, можно посмотреть на обложке журнала.)

Не менее важная задача, чем создание нового, — сохранение и приумножение того, что у нас есть: клональное микроразмножение ценных гибридов и сортов, а также диких видов и труднокультивируемых растений. О размножении мы уже сказали достаточно, теперь перейдем к хранению.

Как уже говорилось, в культуре мы волей-неволей ведем отбор в популяции клеток. Накапливаются мутации, изменяются свойства, и в конце концов не очевидно, что регенерант, выращенный из этой культуры, будет идентичен тому растению, от которого был взят эксплант. Если требуется неизменность в течение долгого времени, то гораздо эффективнее криоконсервация — хранение биообъектов in vitro в жидком азоте при — 196°С. Разумеется, для этого необходимы специальная аппаратура, среды, содержащие криопротекторы, специальные режимы замораживания — размораживания и многое другое.

Во Всероссийской коллекции культур клеток высших растений (отдел биологии клетки и биотехнологии ИФР РАН) находятся десятки каллусных и суспензионных культур клеток. Созданный там же криобанк был одним из первых в мире. Культуры женьшеня, созданные в 70-е годы, хранятся в ИФР до сих пор, не потеряв жизнеспособности. Там «спят» при сверхнизких температурах и другие уникальные штаммы-продуценты, например диоскореи дельтовидной, а также фрагменты тканей ценных сортов картофеля, земляники, малины, черной смородины.

Великие фантасты не любят подолгу задерживаться в лабораториях, но, несомненно, славный ботаник Кейн из рассказа Желязны, чтобы вырастить цветок для марсианской танцовщицы, первым делом отправился в походное криохранилище за каллусной тканью Rosa sp. Хорошо, что она у него была, иначе так бы и погибла древняя мудрая цивилизация.

 

Против ГМО:

http://rateh.ru/anti-gmo

Доверь свою работу ✍️ кандидату наук!
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой



Поиск по сайту:







©2015-2020 mykonspekts.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.