Wyróżniamy dwie drogi morfogenezy w kulturach in vitro: bezpośrednią i pośrednią. W pośredniej morfogenezie obserwujemy tworzenie się tkanki

Transkrypt

1 1

2 2

3 Wyróżniamy dwie drogi morfogenezy w kulturach in vitro: bezpośrednią i pośrednią. W pośredniej morfogenezie obserwujemy tworzenie się tkanki kalusowej, z której mogą rozwijad się rośliny lub na jej powierzchni powstają zarodki somatyczne, a dopiero potem rośliny. W organogenezie bezpośredniej nie ma stadium kalusa i na powierzchni eksplantatu tworzą się np. najpierw zarodki somatyczne (bezpośrednia somatyczna embriogeneza) lub rozwija się roślina. 3

4 4

5 5

6 Do uwalniania roślin od szczególnie uporczywych patogenów stosuje się głównie hodowle merystemów wierzchołkowych pędów. Używając tego terminu, mamy na myśli bardzo drobne eksplantaty, wielkości 0,2 3 mm, zwykle poniżej 1 mm, zawierające tylko merystem wierzchołkowy pędu i ewentualnie kilka najmłodszych zawiązków liściowych. W przypadku większych eksplantatów, wyraźnie widocznych gołym okiem mówilibyśmy po prostu o hodowlach wierzchołków pędów. Jak wspomniano wyżej, hodowle wierzchołków pędów prowadzone są często jako forma mikrorozmnażania roślin, natomiast powodem do prowadzenia hodowli merystemów wierzchołkowych pędów (bardziej kłopotliwych i trudniejszych do założenia) jest fakt, że merystemy te zwykle nie zawierają wirusów i innych fitopatogenów, i to nawet wtedy gdy patogeny te opanowały już pozostałe tkanki rośliny. Może się też zdarzyd, że merystemy wierzchołkowe zawierają niewielkie ilości patogenów i pozbywają się ich podczas kultury. Termoterapia to traktowanie roślin podwyższoną temperaturą (32 40 C) przez kilka dni do kilku miesięcy. W chemioterapii wykorzystuje się analogi roślinnych metabolitów, zwane antymetabolitami (substancje przypominające naturalne produkty przemiany materii, zwłaszcza nukleotydy, ale nieco się od nich różniące; wirusy czasami tej drobnej różnicy nie zauważają, na swoją zgubę antymetabolity zakłócają cykl rozwojowy wirusów, głównie przez wbudowywanie się do ich genomów). Elektroterapia to wykorzystanie impulsów pola elektrycznego do leczenia chorób wirusowych. uwalnianie od wirusów 6

7 więcej Możliwe są dwa zasadnicze kierunki rozwoju androgenicznego: bezpośredni rozwój mikrospory w zarodek, pośredni - polega na podziałach mikrospory prowadzących do rozwoju kalusa i dopiero z niego ewentualnie powstanie roślina. Ten wariant jest mniej pożądany, gdyż rośliny pochodzące z kalusa mają zwykle zróżnicowaną liczbę chromosomów. Kultury izolowanych pylników i mikrospor służą do indukowania procesu androgenezy i uzyskania roślin haploidalnych Androgeneza jest procesem rozwoju rośliny z gametofitu męskiego. U roślin wyższych proces taki można indukowad przez poddanie pylników lub izolowanych mikrospor kulturze na sztucznej pożywce in vitro. Rośliny androgeniczne są najczęściej haploidami. Stąd też konieczne jest podwojenie liczby chromosomów, w celu uzyskania linii DH (doubled haploid) - homozygotycznych. Do tego celu stosujemy kolchicynę na etapie kultury in vitro lub na rośliny haploidalne in vivo. Linie podwojonych haploidów mają szerokie zastosowania zarówno w badaniach podstawowych, jak i programach hodowlanych. Są przydatne między innymi przy mapowaniu genów, analizach genetycznych, indukowaniu mutacji, transformacji, somatycznej hybrydyzacji. W kulturze pylników lub mikrospor otrzymano rośliny haploidalne i podwojone haploidy (DH) u kilkuset gatunków dzikich i uprawnych, jednakże są stosowane na szeroką skalę u kilku rodzajów: Solanaceae, Poaceae, Brassica 7

8 powrót Na schemacie w pierwszej cześci (A) przedstawiono normalną gametofityczną drogę rozwoju pyłku (przypomnij sobie wiadomości z Botaniki oraz I zjazdu Genetyki. Poniżej (B) jednojądrowe ziarno pyłku (EM) podlega silnej wakuolizacji (SM), jądro przechodzi podziały mitotyczne dając wielokomórkowe struktury w obrębie ziarna pyłku (MCS). Następnie struktury rozrywają egzynę, wydostają się na zewnątrz (do środowiska kultury in vitro) cały czas się dzieląc formują zarodkopodobne struktury (ELS). Struktuy te rozwijają się potem w haploidalne rośliny. W przypadku procesu adrogenezy mówimy w takim przypadku o zmianie drogi rozwoju pyłku z gametofitycznego na sporofityczny. W trakcie prowadzenie kultury częśd mikrospor zamiera (C). 8

9 9

10 Na ekranie widzisz proces gynogenezy u żyta, po pobudzeniu komórki jajowej do rozwoju w zarodek po przepyleniu pyłkiem kukurydzy. nasiona z zarodkami po skrzyżowaniu żyta z pszenicą odseparowane z kłosa nasiona Sterylizacja materiału Wyizolowane zarodki po sterylizacji rozwijające się zarodki w haploidalne rośliny i brak regenracji Haploidalne rośliny żyta uzyskane na drodze gynogenezy Uwaga Powrót do slajdu 45 10

11 Dzięki wykorzystaniu podwojonych haploidów w hodowli roślin, czas niezbędny do otrzymania nowej odmiany uległ skróceniu, bo skrócił się okres wyprowadzania czystych linii (można to obecnie osiągnąd w ciągu roku). Pozostaje jednak koniecznośd przeprowadzenia agrobotanicznej oceny wyselekcjonowanych form i to w kilku pokoleniach, w związku z tym cykl hodowany nadal trwa kilka lat (np. 4), lecz nie około dziesięciu, jak to jest przy stosowaniu metod bardziej tradycyjnych. 11

12 W centrach merystematycznych (a) utworzonych w kalusie mogą powstawad przybyszowe korzenie, pędy (b), liście i kwiaty oraz przybyszowe zarodki. Organogeneza w kulturach kalusa jest regulowana głównie proporcją auksyn do cytokinin w pożywce. Kalus pod względem genetycznym jest tkanką niestabilną, występują w nim zarówno zmiany chromosomów, jak i struktury chromosomów. W czasie długotrwałej hodowli kalusa, zmiany zachodzące w materiale genetycznym kumulują się prowadząc do postępującej utraty totipotencji komórek. Aby przedłużyd zdolnośd do regeneracji stosuje się różne regulatory wzrostu dodawane do pożywki. Pożywka wykorzystywana do kultury kalusa może byd: zestalona (agarowa) - sprzyja wcześniejszemu różnicowaniu się komórek kalusa, płynna - mechanicznie wytrząsane kultury kalusowe w na pożywkach płynnych nazywane są zawiesinami komórek. 12

13 13

14 14

15 15

16 16