Соматическое слияние , также называемое слиянием протопластов , представляет собой тип генетической модификации растений, при которой два разных вида растений сливаются вместе, образуя новое гибридное растение с характеристиками обоих, соматический гибрид . [1] Гибриды были получены либо между разными разновидностями одного и того же вида (например, между нецветущими растениями картофеля и цветущими растениями картофеля), либо между двумя разными видами (например, между пшеницей Triticum и ржи Secale для получения тритикале ).
Использование соматического слияния включает в себя повышение устойчивости растений картофеля к болезни скручивания листьев картофеля . [2] Посредством соматического слияния культурное растение картофеля Solanum tuberosum, урожайность которого сильно снижается из-за вирусного заболевания, передаваемого тлей- переносчиком, сливается с диким, неклубнеплодным картофелем Solanum brevidens , устойчивым к болезни. Полученный гибрид имеет хромосомы обоих растений и, таким образом, подобен полиплоидным растениям. Соматическая гибридизация была впервые введена Carlson et al. в Nicotiana glauca . [3]
Процесс для растительных клеток
Процесс соматического слияния состоит из четырех этапов: [4]
- Удаление клеточной стенки одной клетки каждого типа растений с использованием фермента целлюлазы для получения соматической клетки, называемой протопластом.
- Затем клетки сливаются с помощью электрического шока (электросварки) или химической обработки для соединения клеток и слияния ядер. Образовавшееся слитое ядро называется гетерокарионом .
- Затем образование клеточной стенки индуцируется с помощью гормонов.
- Затем клетки выращивают в каллусы, которые затем выращивают до проростков и, наконец, до полноценного растения, известного как соматический гибрид.
Процедура для семенных растений, описанная выше, слияние протопластов мха может быть инициировано без электрического шока, но с использованием полиэтиленгликоля (PEG). Кроме того, протопласты мха не нуждаются в фитогормонах для регенерации и не образуют каллус . [5] Вместо этого регенерирующие протопласты мха ведут себя как прорастающие споры мха . [6] Кроме того, можно использовать нитрат натрия и ион кальция при высоком pH, хотя результаты могут быть разными в зависимости от организма. [7]
Применение гибридных ячеек
Соматические клетки разных типов могут быть слиты для получения гибридных клеток. Гибридные клетки можно использовать разными способами, например,
(i) изучить контроль деления клеток и экспрессии генов ,
(ii) для исследования злокачественных трансформаций ,
(iii) для получения вирусной репликации ,
(iv) для картирования генов или хромосом и для
(v) производство моноклональных антител путем продуцирования гибридомы (гибридные клетки между иммортализованной клеткой и лимфоцитом, продуцирующим антитела ) и т. д.
Картирование хромосом посредством гибридизации соматических клеток в основном основано на слиянии соматических клеток человека и мыши . Обычно фиброциты или лейкоциты человека сливаются с непрерывными линиями клеток мыши .
Когда клетки человека и мыши (или клетки любых двух видов млекопитающих или одного и того же вида) смешиваются, спонтанное слияние клеток происходит с очень низкой скоростью (10-6). Слияние клеток усиливается в 100–1000 раз за счет добавления инактивированного ультрафиолетом вируса Сендай (парагриппа) или полиэтиленгликоля (ПЭГ).
Эти агенты прикрепляются к плазматическим мембранам клеток и изменяют их свойства таким образом, чтобы облегчить их слияние. Слияние двух клеток дает гетерокарион, то есть единственную гибридную клетку с двумя ядрами, по одному от каждой из клеток, вступающих в слияние. Впоследствии два ядра также сливаются, давая гибридную клетку с одним ядром.
Обобщенную схему гибридизации соматических клеток можно описать следующим образом. Подходящие человеческие и мышиные клетки отбирают и смешивают вместе в присутствии инактивированного вируса Сендай или PEG, чтобы способствовать слиянию клеток. Через некоторое время клетки (смесь клеток человека, мыши и «гибридных» клеток) высевают на селективную среду , например среду HAT , которая позволяет размножать только гибридные клетки.
Таким образом, выделяют несколько клонов (каждый из одной гибридной клетки) гибридных клеток и подвергают как цитогенетическому, так и подходящему биохимическому анализу для обнаружения исследуемого фермента / белка / признака . В настоящее время делается попытка соотнести наличие и отсутствие признака с наличием и отсутствием хромосомы человека в гибридных клонах.
Если существует идеальная корреляция между наличием и отсутствием хромосомы человека и признака в гибридных клонах, считается, что ген, определяющий признак, расположен в соответствующей хромосоме.
Среда HAT является одной из нескольких селективных сред, используемых для отбора гибридных клеток. Эта среда дополнена гипоксантином , аминоптерином и тимидином , отсюда и название среды HAT. Пурина аминоптерин блокирует клеточный биосинтез из пуринов и пиримидинов из простых сахаров и аминокислот .
Тем не менее, нормальные клетки человека и мыши все еще могут размножаться, поскольку они могут использовать гипоксантин и тимидин, присутствующие в среде, по спасательному пути , который обычно рециркулирует пурины и пиримидины, образующиеся при разложении нуклеиновых кислот .
Гипоксантин превращается в гуанина с помощью фермента гипоксантин-гуанин фосфорибозилтрансферазы (ГГФТ), в то время как тимидин фосфорилируется по тимидинкиназы (ТК); и HGPRT, и TK являются ферментами пути спасения.
На среде HAT могут пролиферировать только те клетки, которые имеют активные ферменты HGPRT (HGPRT +) и TK (TK +), тогда как клетки с дефицитом этих ферментов (HGPRr- и / или TK-) не могут делиться (поскольку они не могут продуцировать пурины и пиримидины. из-за аминоптерина, присутствующего в среде HAT).
Для использования среды HAT в качестве селективного агента человеческие клетки, используемые для слияния, должны быть дефицитными по ферменту HGPRT или TK, в то время как мышиные клетки должны быть дефицитными по другому ферменту этой пары. Таким образом, можно слить клетки человека с дефицитом HGPRT (обозначенные как TK + HGPRr-) с клетками мыши с дефицитом TK (обозначенными как TK- HGPRT +).
Их продукты слияния (гибридные клетки) будут TK + (из-за гена человека ) и HGPRT + (из-за гена мыши) и будут размножаться в среде HAT, в то время как клетки человека и мыши не смогут этого сделать. Аналогичным образом можно спланировать эксперименты с другими селективными средами.
Характеристики соматической гибридизации и кибридизации
- Слияние соматических клеток, по-видимому, является единственным средством, с помощью которого два разных родительских генома могут быть рекомбинированы среди растений, которые не могут воспроизводиться половым путем (бесполым или бесплодным).
- Протопласты сексуально стерильных ( гаплоидных , триплоидных и анеуплоидных ) растений могут быть слиты с образованием фертильных диплоидов и полиплоидов .
- Слияние соматических клеток преодолевает барьеры сексуальной несовместимости. В некоторых случаях соматические гибриды двух несовместимых растений также нашли применение в промышленности или сельском хозяйстве .
- Слияние соматических клеток полезно при изучении цитоплазматических генов и их активности, и эта информация может быть применена в экспериментах по селекции растений .
Межвидовые и межвидовые достижения слияния
Крест | Перекрещено с |
---|---|
Овсяный | Кукуруза |
Brassica sinensis | B. oleracea |
Торрентия фурнери | T. bailloni |
Brassica oleracea | Б. кампестрис |
Дурман innoxia | Атропа белладонна |
Nicotiana tabacum | Н. glutinosa |
Дурман innoxia | D. Candida |
Arabidopsis thaliana | Brassica campestris |
Петуния гибридная | Vicia faba |
Таблица: Ссылка № 5 Примечание: В таблице приведено только несколько примеров, крестиков гораздо больше. Возможности этой технологии огромны; однако не все виды легко помещаются в культуру протопластов.
Рекомендации
- ^ Раковина, KC; Джайн, РК; Чоудхури, JB (1992). «Гибридизация соматических клеток». Дистанционная гибридизация сельскохозяйственных культур . Монографии по теоретической и прикладной генетике. 16 : 168–198. DOI : 10.1007 / 978-3-642-84306-8_10 . ISBN 978-3-642-84308-2.
- ^ Helgeson JP, Hunt GJ, Haberlach GT, Austin S (1986). «Соматические гибриды между Solanum brevidens и Solanum tuberosum: экспрессия гена устойчивости к фитофторозу и устойчивости к скручиванию листьев картофеля». Растительная клетка Rep . 5 (3): 212–214. DOI : 10.1007 / BF00269122 . PMID 24248136 .
- ^ Хэмилл, Джон Д .; Кокинг, Эдвард С. (1988). «Соматическая гибридизация растений и ее использование в сельском хозяйстве». Биотехнология клеток растений . 18 : 21–41. DOI : 10.1007 / 978-3-642-73157-0_3 . ISBN 978-3-642-73159-4.
- ^ Торренс, Джеймс (2008). «Высшая биология» (2-е изд.). Ходдер Гибсон. Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ). - ^ Солви Ротер, Биргит Хаделер, Хосе М. Орсини, Вольфганг О. Абель, Ральф Рески (1994): Судьба мутантного макрохлоропласта у соматических гибридов. когда картофель гибридизируется с помидором, вместо того, чтобы получить какой-либо один признак, оба персонажа проявят себя и получат новое растение под названием Pomato Journal of Plant Physiology 143, 72-77. [1]
- ^ SC Bhatla, Жюстин Кисслинг, Ральф Реска (2002): Наблюдение индукции полярности цитохимической локализацией phenylalkylamine -связывающего рецепторов регенерация протопластов из мха Physcomitrella patens . Protoplasma 219, 99-105. [2]
- ^ Махеш. Молекулярная биотехнология растений. 2009. Книга.