Культивирование и слияние протопластов. Коллекционные центры сохранения генофонда растений.

Изолированные протопласты, еще не образовавшие клеточной стенки, могут сливаться между собой. Слияние протопластов - своеобразный метод гибридизации, так называемая парасексуальная, или соматическая гибридизация. В отличие от обычной, где сливаются половые клетки (гаметы), в качестве родительских при парасексуальной гибридизации используются диплоидные клетки растений. Внеядерные генетические детерминанты у большинства высших растений наследуются в половом процессе строго одноядерно и матерински. Техника парасексуальной гибридизации может позволить:

· скрещивание филогенетически отдаленных видов растений (организмов),

· получение асимметричных гибридов, несущих генный набор одного из родителей наряду с несколькими хромосомами, органеллами или цитоплазмой другого,

· слияние трех и более клеток,

· получение гибридов, представляющих сумму генотипов родителей,

· перевод мутаций в гетерозиготное состояние, что позволяет получать жизнеспособные формы при слиянии протопластов, поскольку мутагенез довольно часто дает дефектное по морфогенезу растение,

· получение растений, гетерозиготных по внеядерным генам и др.

Парасексуальная гибридизация важна для анализа как ядерных генов, так и внеядерных геномов. Цитоплазматический геном кодирует ряд признаков - скорость фотосинтеза, устойчивость к патогенам, абиотическим факторам и т. д. Наличие косегрегация генов (признаки, контролирующие внеядерный геном, сегрегируют совместно) свидетельствует о физическом сцеплении генов.

Слияние бывает спонтанным (чаще у протопластов из молодых тканей или суспензионных культур) и индуцированным. Для стимуляции слияния протопластов предложен ряд методов, как физических, так и химических.

При физическом способе слияния протопластов, разработанном Г. Циммерманом с сотрудниками в 1981 году, протопласты помещают в камеру с неоднородным электрополем. На электродах образуются агрегаты из 2 - 3 протопластов, либо цепочки из 5 - 6 протопластов между электродами. Дополнительный единичный импульс постоянного тока приводит к образованию пор в сильно сжатых мембранах, происходит перетекание цитоплазмы, так как переменный ток удерживает протопласты вместе некоторое время, и протопласты в таких агрегатах сливаются. Затухающий ток приводит к возвращению сферической формы у слившихся протопластов.

В основе слияния лежит различное действие постоянного и переменного электрического тока на плазмалемму. Постоянное эклектическое поле сжимает мембраны, ведя к их локальному разрушению, а переменное электрополе вызывает латеральную диффузию белков мембраны, образуя свободные от гликопротеидов липидные области, где противоположные мембраны могут установить контакт.

Протопласты могут сливаться как попарно, так и в большем количестве. Многоядерные продукты слияния, как правило, разрушаются. Первое сообщение о получении соматических гибридов на уровне растений появилось в 1972 году (Карлсон и коллеги), в нашей стране подобное осуществили в лаборатории Бутенко Р.Г. в 1975 году.

Судьба геномов (ядерного и цитоплазматического) после слияния протопластов может быть различной:

· Ядерные генетические детерминанты наследуются как дву-, так и однородительски. В последнем случае ядра не сливаются и впоследствии сегрегируют в процессе клеточных делений.

· Внеядерные генетические детерминанты наследуются двуродительски. При этом в межвидовых комбинациях прослеживается тенденция к соматическому выщеплению и элиминации одного из родительских цитоплазматических геномов.

· Возникновение гибридных клеток и растений в результате слияния более чем двух родительских клеток.

Таким образом, слияние протопластов приводит либо к образованию гибрида, либо к образованию цибрида. Соматический гибрид - продукт слияния и цитоплазмы, и ядра обоих протопластов. Цибрид (цито­плаз­матический гибрид) - растение-регенерант, содержащее цитоплазму обоих родителей и ядро одного из них. Цибриды получают, облучая перед слиянием один из протопластов γ-лучами для разрушения ядра. Скрининг таких клеток проводится по генам – маркерам ядерного и цитоплазматических (митохондриального и хлоропластного) геномов. Есть указания на рекомбинацию ДНК митохондрий и хлоропластов в гибридных клетках (Ю.Ю. Глеба, К.М. Сытник, 1984).

При слиянии могут образовываться и так называемые асимметричные гибриды – продукты слияния, имеющие полный хромосомный набор одного из партнеров и часть хромосом другого партнера. Такие гибриды часто возникают при слиянии клеток организмов, филогенетически удаленных друг от друга. В этом случае вследствие неправильных делений клетки, обусловленных некоординированным поведением двух разнородных наборов хромосом, в ряду поколений теряются частично или полностью хромосомы одного из родителей. Асимметричные гибриды бывают устойчивее, плодовитее и жизнеспособнее, чем симметричные, несущие полные наборы генов родительских клеток. В целях асимметричной гибридизации возможна избирательная обработка клеток одного из родителей для разрушения части его хромосом. Возможен прицельный перенос в клетку нужной хромосомы.

Гибриды могут быть получены путем слияния трех и более родительских клеток. Из таких гибридных клеток могут выращены растения – регенеранты.

Ботаники уже недосчитываются нескольких сотен видов растений, которые совсем недавно играли важную роль в жизни растительных сообществ и приносили заметную помощь человеку. Многие виды занесены в Красную книгу как виды, которые находятся на грани вымирания. Лучшим способом охраны дикорастущих видов растений является сохранение естественных фитоценотических условий, при которых они развиваются и неотъемлемой частью которых являются. Для этих целей организуются заповедники, территории которых полностью исключаются из хозяйственной деятельности. Стремление сохранить в полном составе все растительные сообщества могло быть выполнено только в том случае, если эксплуатация растительных ресурсов (в частности, лесных) будет осуществляться на строго научной основе с одновременным проведением рекультивационных (для леса лесовосстановительных) работ, со своевременным и полным возмещением потерь природе. Но для выполнения такой задачи необходимо иметь весь растительный потенциал, то есть генофонд растущих на Земле видов.Вот почему важно повсеместно проводить охранные мероприятия и заботиться о каждой природной популяции с присущими ей неповторимыми свойствами. Красная книга и намечаемые меры по спасению редких видов и видов, находящихся в опасности, — это только предупреждение, что любой вид может оказаться в "бедственном" состоянии и попасть в категорию исчезающих. Нельзя допускать обеднения флоры. Конечно, каждый вид имеет свою историю, переживая период своего становления, развития и естественного старения. Одни виды растений приходят на смену другим, эволюционируют, как все живое на Земле. Но естественное отмирание вида не имеет ничего общего с гибелью отдельных растений, распадом популяций и исчезновением целых видов в результате загрязнения атмосферы и антропогенных воздействий на огромных территориях.

Наиболее крупные коллекции собраны в следующих ботанических:

1. Главный ботанический сад им. Н. В. Цицина РАН, Москва. Об щая площадь 361 га. Коллекции растений природной и культурной флоры насчитывают свыше 21 тыс. наименований (более 11 тыс. ви дов, форм и разновидностей и около 10 тыс. садовых форм и сортов). Коллекция редких и исчезающих растений включает 320 видов.

2. Ботанический сад Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН, Санкт-Петербург. Общая площадь 22,6 га. В коллекциях собрано 11664 таксона, среди них более 300 видов редких и исчезающих рас тений России и сопредельных стран.

3. Ботанический сад научно-производственного объединения “Нива Ставрополья” РАСХН, г. Ставрополь. Общая площадь – 207 га. В коллекционных фондах содержится более 5000 таксонов. Редкие и исчезающие растения представлены 291 видом.

4. Ботанический сад Московского государственного универси тета им. М.В. Ломоносова, Москва. Общая площадь – 36 га. В саду на считывается 6,5 тысяч видов, сортов и культиваров растений, в том числе 74 редких и исчезающих видов флоры России и 92 – флоры Московской области.

5. Ботанический сад Уральского отделения РАН, Екатеринбург. Общая площадь – 50 га. В коллекциях собрано около 3000 таксонов, в том числе 130 редких видов Урала.

6. Ботанический сад-институт Дальневосточного отделения РАН, г. Владивосток. Общая площадь – 170 га. В коллекциях насчитывается свыше 4000 таксонов. Число редких и исчезающих видов – 120, из них 100 – виды местной флоры.

7. Полярно-альпийский ботанический сад-институт РАН, г. Ки ровск. Общая площадь – 350 га. Число видов в коллекциях составляет более 2000, из них – 120 редких и исчезающих.

8. Центральный сибирский ботанический сад Сибирского отде ления РАН, г. Новосибирск. Общая площадь – 1062 га. В ботанических коллекциях насчитывается около 5000 таксонов, редких и исчезаю щих видов – 92.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: