1. Соматический эмбриогенез



Дата04.07.2017
өлшемі99.65 Kb.
#23211

Оглавление


Оглавление 1

1.Соматический эмбриогенез 1



Список использованных источников 10



1.Соматический эмбриогенез


Соматический эмбриогенез определяется как многоэтапный регенерационный процесс, начинающийся с образования эмбрионально-суспензорной массы, и далее проходящий через стадии образования эмбрио, созревания и регенерации ювенильного растения (стадия прорастания)1.

Данный тип клонального микроразмножения характеризуется тем, что соматические зародыши развиваются асексуально - вне зародышевого мешка из соматических клеток культивируемых тканей. Соматический зародыш представляет собой биполярную структуру, у которой одновременно развиваются апексы стебля и корня. Соматические клетки культивируемых тканей экспланта (зиготические зародыши) при определенных условиях стимуляции превращаются в зиготоподобные, дающие начало структурам, которые состоят из длинных асимметричных клеток, деление которых приводит к образованию эмбриональной трубки и инициали (процесс идентичный зиготическому эмбриогенезу).

Первое описание соматического эмбриогенеза было проведено Стюардом в 1957 году. Он наблюдал глобулярные, сердцевидные, торпедовидные стадии развития соматического зародыша в культуре каллусных клеток моркови. В настоящее время соматический эмбриогенез используется как один из методов клонального микроразмножения покрытосеменных и голосеменных растений2.

Согласно Гальперину и Ветхереллу, формирование эмбриоидов в культуре тканей происходит в два этапа. На первом этапе клетки экспланта дедифференцируются. На этом этапе необходимо в среду ввести ауксины, которые стимулируют превращение дедифференцированных клеток экспланта в эмбриональные. На следующей стадии происходит формирование эмбриоидов из эмбриональных клеток. Для этого следует уменьшить концентрацию ауксина или полностью исключить его из питательной среды3.

Фуджимура и Комамине, отмечая ингибирующий эффект ауксина на 2-й стадии развития соматического зародыша, предлагают два объяснения этому явлению: нарушение критической концентрации эндогенного ауксина или изменение внутриклеточного градиента распределения ауксина4.

В соответствии с рекомендациями Мурасиге при микроразмножении растений через соматический эмбриогенез необходимо каллус вначале культивировать на питательной среде, содержащей 2,4-Д (2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота). Затем его перенести в среду без ауксина или содержащую невысокие его концентрации5.

Но имеющиеся на сегодняшний день данные не дают серьезных поводов для универсальных рекомендаций. Оказалось, что для индукции соматического эмбриогенеза, в равной степени, как и для индукции органогенеза, у различных видов растений необходимы разные регуляторы роста.

Например, по Рамаувату и Ариа6, стимуляция бесполого эмбриогенеза в каллусных клетках эфедры удается только при использовании высоких концентраций цитокининов. Согласно Лакшмисита и др.7, образование эмбриоидов в стеблевом каллусе Santalum album можно вызвать введением в питательную среду гибберелловой кислоты в концентрации 1,44-5,76 мкм. Для индукции соматического эмбриогенеза в культуре тканей хлопчатника требуется 0,45 мкм 2,4-Д, а для дифференциации эмбриоидов у некоторых видов пальм следует вносить 2,4-Д в концентрации 452 мкм.

Развитие зародышеобразных структур начинается с обособления одной из каллусных клеток, оболочка, которой значительно утолщается. Клетка обогащается цитоплазмой (становится менее вакуолизированной), ядро ее увеличивается в объеме, и хроматин собирается в резко очерченные глыбки. Такая клетка делится, образуя двуклеточный предзародыш, после чего соматический зародыш развивается по пути аналогичному при половом размножении.

Зародыши, развившиеся в результате соматического эмбриогенеза, свободно лежат в полостях, образованных разрушающимися вокруг них каллусными клетками, и могут быть легко выделены из ткани. Если поместить такие зародыши на среду без стимуляторов роста, они способны образовать корневую систему и побег.

У голосеменных растений соматический эмбриогенез был индуцирован значительно позже, при этом первым представителем, у которого он был получен, является Picea abies8. У хвойных к настоящему времени соматические зародыши и растения-регенеранты получены у 16 видов рода Pinus, у 11 видов рода Picea, у 4 видов и 2 гибридов рода Abies, у 6 видов и гибридов рода Larix, а также у Pseudotsuga menziesii9. В качестве источника соматических клеток для индукции соматического эмбриогенеза у хвойных используются мегагаметофиты, зрелые и незрелые зародыши и их отдельные органы (семядоли и гипокотиль), хвоя молодых растений10, а также сегменты вегетативных побегов зрелых деревьев11. На этот момент имеется много фактических данных по изучению морфологических, физиологических, цитогистологических и молекулярных особенностей формирования и развития морфогенных каллусов различного происхождения (эмбриональной массы) у представителей семейства сосновых1213. Однако до сих пор не разработан комплексный цитофизиологический подход и не полностью решены те аспекты фундаментальной проблемы морфогенеза (тотипотентность, детерминация и компетентность, дифференциация и дедифференциация), которые можно решить на примере именно соматического эмбриогенеза как модельной системы. Отсутствуют работы по сравнению цитогистологического статуса морфогенных (эмбриональной массы) и неморфогенных каллусов различного происхождения во всей динамике их развития, вплоть до вызревания соматических зародышей и растений-регенерантов. Далеким от окончательного решения остается вопрос о сходстве и различии морфогенеза полового и соматического зародышей в естественных условиях и в культуре in vitro. Недостаточна сравнительная информация по анатомии и морфологии проростков, возникших из половых и соматических зародышей. Необходима разработка способов управления путями соматического эмбриогенеза в контролируемых условиях культуры in vitro.

2.Особенности соматического эмбриогенеза у хвойных видов


Методы микроклонального размножения через органы, ткани или клетки разработаны для многих видов растений и находят широкое коммерческое применение. Однако для многих хвойных видов микроклональное размножение in vitro пока еще не достигнуто, либо достигнуто, но требует дальнейшей оптимизации на всех этапах процесса для повышения темпов микроразмножения и, следовательно, пока малопригодно для коммерческого использования14.

На индукцию эмбриогенного отклика влияет несколько факторов: основные компоненты среды, воздействие экзогенных растительных регуляторов роста, физические условия культивирования.

Ауксины и цитокинины необходимы для индукции и пролиферации эмбриональной ткани, тогда как развитие ранних соматических зародышей происходит при изъятии этих компонентов из среды, так как в их присутствии ткани новообразованного зародыша вновь могут подвергнуться дедифференцировке. Дальнейший рост и развитие ранних соматических эмбрионов до стадии созревания требует присутствия абсцизовой кислоты15.

Существует много публикаций относительно большого разнообразия в частотах инициации соматического эмбриогенеза среди различных семейств хвойных видов16171819.

Считается, что в частоте инициации и морфогенетическом отклике генотип играет основную роль. Способность к соматическому эмбриогенезу часто ограничена только несколькими генотипами в пределах вида, сокращая возможности селекционного отбора. Проблемой, связанной в основном с древесными видами является использование во многих случаях в качестве эксплантов только зиготических эмбрионов вместо тканей взрослых деревьев. Несмотря на то, что использование зародышевых эксплантов в микроразмножении не совсем оправдано для селекционного отбора лучших форм деревьев, (так как полное развитие их генетических потенций практически неизвестно) выбор в качестве эксплантов зиготических зародышей позволяет избежать трудностей, возникающих при использовании тканей взрослого растения20.

Кроме генотипа, в значительной мере определяют степень эмбриональной компетенции тип и стадия развития экспланта. Для большинства видов хвойных, особенно относящихся к роду Pinaceae, незрелые зиготические зародыши являются лучшим материалом для индукции соматического эмбриогенеза21.

Выбор в качестве эксплантов зиготических зародышей обусловлен, прежде всего, требованием наличия ювенильного состояния у исходной растительной ткани. Как правило, попытки культивирования зрелых дифференцированных тканей хвойных являются неудачными. Проблема заключается в том, что выделение какой-либо части ткани экспланта сопровождается раневой реакцией, следствия которой: продукция летальных доз фенолов и оксидатов, а также осмотический шок. Всего этого может быть достаточно для того, чтобы убить эксплант. Кроме того данная ткань не является ювенильной – это препятствует реализации тотипотентности клетки ее дифференцировке в культуре ткани. Например, в экспериментах с Pinus oocarpa и Pinus patula из протопластов клеток формировался только каллус, что указывает на наличие своего рода «физиологической памяти», унаследованной от исходных клеток22.

В экспериментах по соматическому эмбриогенезу Pinus strobus было показано, что степень эмбриональной инициации зависела от стадии развития зиготического эмбриона. Наибольшая степень инициации отмечена для тех дат сбора, которые соответствуют пре- и посткливажной стадиям эмбиогенеза, до выявления лидерного зародыша23. Также, для Picea glauca степень инициации снижается с 60% для незрелых зародышей, до 10% для зрелых зародышей24. Таким образом, предпочтительнее вводить в культуру in vitro именно незрелые зиготические зародыши, хотя это и сопровождается рядом проблем, связанных с трудностями выделения экспланта, его стерилизацией, высоким процентом гибели.



Особенный интерес представляет изучение различных ступеней генетического контроля соматического эмбриогенеза, который можно осуществлять на всех этапах регенерации растения.

Использованные платформы


  1. Klimaszewska K. Plant regeneration in Stone pine (Pinus pinea L.) by somatic embryogenesis // Plant Cell Tissue Organ Culture. 2009. V. 98. p. 165–178.

http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11240-009-9549-3?LI=true

  1. Бутенко Р. Г. Культура изолированных тканей и физиология морфогенеза растений. М.: Наука, 1964. 272 с.

  2. Halperin W., Wetherell D. F. Adventive embryony in tissue cultures of the wild carrot, Daucus carota // Amer. I. Bot., 1964, 51, № 3, p. 274-283. http://www.jstor.org/discover/10.2307/2440296?uid=2597744&uid=3738936&uid=2&uid=3&uid=2597160&uid=5911272&uid=67&uid=62&sid=2110151585256

  3. Fujimura T., Komamine A. Involvement of endogenous auxin in somatic embryogenesis in a carrot cell suspension culture // Ztschr. Pflanzenphysiol., 1979, 95, № 1, p. 13-19.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0044328X79800239

  1. Murashige T. Clonal clops through tissue culture: Plant Tissue Cult. and Its Bio-technol. Appl., B. etc.: Spring. – Verl., 1977, p. 392-403.

  2. Ramawat K. G., Arya H. C. Growth and morphogenesis in callus cultures of Ephedra gerardiona // Phytomorphology, 1976, 26, № 4, p. 395-403.

  3. Lakshmi S. G., Raghava Ram N. V., Vaidyanathan C. S. Differentiation of embryoids and plantlets from shoot callus of sandalwood. // Plant Sci Lett., 1979, 15, № 3, p. 265-270.

  4. Chalupa W. Somatic embryogenesis and plantlet regeneration from cultured immature and mature embryos of Picea abies (L.) // Karst. Com. Inst. For. Cech. 1985. V. 14. p. 57-63.

  5. Klimaszewska K., Cyr D. R. Conifer somatic embryogenesis: I. Development // Dendrobiology. 2002. V. 48. p. 31-39. http://www.idpan.poznan.pl/index.php/content/-vol-48/361-4831-39.html




  1. Lelu M. A., Klimaszewska M. A., Charest P. J. Somatic embryogenesis from immature and mature zygotic embryos and from cotyledons and 45 needles of somatic plantlets of Larix // Can. J. For. Res. 1994. V. 24. № 1. p. 100-106.

  2. Malabadi R. B., Van Staden J. Somatic embryogenesis from vegetative shoot apices of mature trees of Pinus patula // Tree Physiology. 2005. V. 25. p. 11-16. http://treephys.oxfordjournals.org/content/25/1/11.short

  3. Белорусова А. С., Третьякова И. Н. Особенности формирования соматических зародышей у лиственницы сибирской: эмбриологические аспекты // Онтогенез. 2008. – Т. 39. - №2. – С. 1-10.

  4. Третьякова И. Н., Ижболдина М. В. Особенности роста эмбриогенного каллуса и получение соматических зародышей у кедра сибирского // Хвойные бореальной зоны. – 2008.

http://forest-culture.narod.ru/HBZ/Stat_08_1-2/tretyakova.pdf

  1. Bonga J. M., Klimaszewska K. K., von Aderkas P. Recalcitrance in clonal propagation, in particular of conifers // Plant Cell Tiss Organ Cult. 2009. V. 100. P. 241–254.

http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11240-009-9647-2?LI=true

  1. Von Arnold S, Sabala I., Bozhkov P. et al. Developmental pathways of somatic embryogenesis // Plant Cell Tissue Organ Cult. 2002. V. 69. P. 233–249.

http://link.springer.com/article/10.1023/A%3A1015673200621

  1. Cheliak WM, Klimaszewska K. Genetic variation in somatic embryogenic response in open-pollinated families of black spruce // Theor Appl Genet. 1991. V. 82. P. 185–190.

http://link.springer.com/article/10.1007/BF00226211

  1. Garin E., Isabel N., Plourde A. Screening of large numbers of seed families of Pinus strobus L. for somatic embryogenesis from immature and mature zygotic embryos // Plant Cell Rep. 1998. V. 18. P. 37–43.

http://link.springer.com/article/10.1007/s002990050528

  1. Miguel C., Goncalves S., Tereso S. et al. Somatic embryogenesis from 20 open-pollinated families of Portuguese plus trees of maritime pine // Plant Cell Tissue Organ Cult. 2004. V. 76. P. 121–130. http://link.springer.com/article/10.1023%2FB%3ATICU.0000007253.91771.e3?LI=true

  2. Pullman G.S., Johnson S. Somatic embryogenesis in loblolly pine (Pinus taeda L.): improving culture initiation rates // Ann Sci. 2002. V. 59. P. 663–668. http://link.springer.com/article/10.1007/s00299-003-0673-y

  3. Bonga JM, von Aderkas P. In vitro culture of trees // Kluwer Academic Publishers, 1992.

http://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-84175-0_12

  1. Lelu-Walter MA, Bernier-Cardou M., Klimaszewska K. Simplified and improved somatic embryogenesis for clonal propagation of Pinus pinaster (Ait) // Plant Cell Rep. 2006. V. 25. P. 767–776.

http://link.springer.com/article/10.1051/forest/2008079

  1. Attree S.M., Dunstan D.I., Fowke L. Initiation of embryogenic callus and suspension cultures, and improved embryo regeneration from protoplasts of white spruce (Picea glauca) // Can J Bot. 1989. V. 67. P. 1790–1795.

http://www.nrcresearchpress.com/doi/abs/10.1139/b89-227#.UNmQSezF83o

  1. Finer J.J., Kriebel H.B., Becwar M.R. Initiation of embryogenic callus and suspension cultures of eastern white pine (Pinus strobus L) // Plant Cell Rep. 1989. V. 8. P. 203–206.

http://link.springer.com/article/10.1007%2FBF00778532?LI=true

  1. Park Y.S. Implementation of conifer somatic embryogenesis in clonal forestry: technical requirements and deployment considerations // Ann For Sci. 2002. V. 59. P. 651–656.

http://www.afs-journal.org/articles/forest/abs/2002/05/24/24.html
Список использованных источников

1Error: Reference source not found. Klimaszewska K. Plant regeneration in Stone pine (Pinus pinea L.) by somatic embryogenesis // Plant Cell Tissue Organ Culture. 2009. V. 98. p. 165–178.

2Error: Reference source not found. Бутенко Р. Г. Культура изолированных тканей и физиология морфогенеза растений. М.: Наука, 1964. 272 с.

3Error: Reference source not found. Halperin W., Wetherell D. F. Adventive embryony in tissue cultures of the wild carrot, Daucus carota // Amer. I. Bot., 1964, 51, № 3, p. 274-283.

4Error: Reference source not found. Fujimura T., Komamine A. Involvement of endogenous auxin in somatic embryogenesis in a carrot cell suspension culture // Ztschr. Pflanzenphysiol., 1979, 95, № 1, p. 13-19.

5Error: Reference source not found. Murashige T. Clonal clops through tissue culture: Plant Tissue Cult. and Its Bio-technol. Appl., B. etc.: Spring. – Verl., 1977, p. 392-403.

6Error: Reference source not found. Ramawat K. G., Arya H. C. Growth and morphogenesis in callus cultures of Ephedra gerardiona // Phytomorphology, 1976, 26, № 4, p. 395-403.

7Error: Reference source not found. Lakshmi S. G., Raghava Ram N. V., Vaidyanathan C. S. Differentiation of embryoids and plantlets from shoot callus of sandalwood. // Plant Sci Lett., 1979, 15, № 3, p. 265-270.

8Error: Reference source not found. Chalupa W. Somatic embryogenesis and plantlet regeneration from cultured immature and mature embryos of Picea abies (L.) // Karst. Com. Inst. For. Cech. 1985. V. 14. p. 57-63.

9Error: Reference source not found. Klimaszewska K., Cyr D. R. Conifer somatic embryogenesis: I. Development // Dendrobiology. 2002. V. 48. p. 31-39.

10Error: Reference source not found. Lelu M. A., Klimaszewska M. A., Charest P. J. Somatic embryogenesis from immature and mature zygotic embryos and from cotyledons and 45 needles of somatic plantlets of Larix // Can. J. For. Res. 1994. V. 24. № 1. p. 100-106.

11Error: Reference source not found. Malabadi R. B., Van Staden J. Somatic embryogenesis from vegetative shoot apices of mature trees of Pinus patula // Tree Physiology. 2005. V. 25. p. 11-16.

12Error: Reference source not found. Белоруссова А. С., Третьякова И. Н. Особенности формирования соматических зародышей у лиственницы сибирской: эмбриологические аспекты // Онтогенез. 2008. – Т. 39. - №2. – С. 1-10.

1312. Третьякова И. Н., Ижболдина М. В. Индукция соматического эмбриогенеза у кедра сибирского // Хвойные бореальной зоны. – 2008.

14Error: Reference source not found. Bonga J. M., Klimaszewska K. K., von Aderkas P. Recalcitrance in clonal propagation, in particular of conifers // Plant Cell Tiss Organ Cult. 2009. V. 100. P. 241–254.

15Error: Reference source not found. Von Arnold S, Sabala I., Bozhkov P. et al. Developmental pathways of somatic embryogenesis // Plant Cell Tissue Organ Cult. 2002. V. 69. P. 233–249.

16Error: Reference source not found. Cheliak WM, Klimaszewska K. Genetic variation in somatic embryogenic response in open-pollinated families of black spruce // Theor Appl Genet. 1991. V. 82. P. 185–190.

1716. Garin E., Isabel N., Plourde A. Screening of large numbers of seed families of Pinus strobus L. for somatic embryogenesis from immature and mature zygotic embryos // Plant Cell Rep. 1998. V. 18. P. 37–43.

1817. Miguel C., Goncalves S., Tereso S. et al. Somatic embryogenesis from 20 open-pollinated families of Portuguese plus trees ofmaritime pine // Plant Cell Tissue Organ Cult. 2004. V. 76. P. 121–130.

1918. Pullman G.S., Johnson S. Somatic embryogenesis in loblolly pine (Pinus taeda L.): improving culture initiation rates // Ann Sci. 2002. V. 59. P. 663–668.

20Error: Reference source not found. Bonga JM, von Aderkas P. In vitro culture of trees // Kluwer Academic Publishers, 1992.

21Error: Reference source not found. Lelu-Walter MA, Bernier-Cardou M., Klimaszewska K. Simplified and improved somatic embryogenesis for clonal propagation of Pinus pinaster (Ait) // Plant Cell Rep. 2006. V. 25. P. 767–776.

22Error: Reference source not found. Attree S.M., Dunstan D.I., Fowke L. Initiation of embryogenic callus and suspension cultures, and improved embryo regeneration from protoplasts of white spruce (Picea glauca) // Can J Bot. 1989. V. 67. P. 1790–1795.

23Error: Reference source not found. Finer J.J., Kriebel H.B., Becwar M.R. Initiation of embryogenic callus and suspension cultures of eastern white pine (Pinus strobus L) // Plant Cell Rep. 1989. V. 8. P. 203–206.

24Error: Reference source not found. Park Y.S. Implementation of conifer somatic embryogenesis in clonal forestry: technical requirements and deployment considerations // Ann For Sci. 2002. V. 59. P. 651–656.

Каталог: files
files -> 1 дәріс : Кіріспе. Негізгі түсініктер мен анықтамалар. Тиеу-түсіру жұмыстары жөніндегі жалпы түсініктер
files -> Қыс ең зақымданатын жыл мезгілі. Бірақ жаралану, сынық, тоңазу, үсіп қалу біздің қысқы тұрмыстың міндетті салдары емес
files -> Қазақ халқының ұлттық ойындары
files -> Тема: Детский травматизм. Травма мягких тканей лица и органов рта у детей. Особенности первичной хирургической обработки ран лица. Показания к госпитализации ребенка
files -> Тематичний план практичних занять


Достарыңызбен бөлісу:




©stom.tilimen.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет