slide1 n.
Download
Skip this Video
Download Presentation
????????? ????????? ? ??????????? ? ??????????? ??? ????????? ????????????? ???????? ????????

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 27

????????? ????????? ? ??????????? ? ??????????? ??? ????????? ????????????? ???????? ???????? - PowerPoint PPT Presentation


  • 313 Views
  • Uploaded on

Получение гаплоидов и манипуляции с плоидностью для повышения эффективности селекции растений.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about '????????? ????????? ? ??????????? ? ??????????? ??? ????????? ????????????? ???????? ????????' - minh


Download Now An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

Получение гаплоидов и манипуляции с плоидностью для повышения эффективности селекции растений

slide2

Гаплоидами у покрытосеменных растений называют особи, имеющие гаметический набор хромосом по отношению к уровню плоидности родительской особи. Удвоение хромосом у гаплоидов диплоидных видов (получение удвоенных гаплоидов) позволяет получать гомозиготные линии, которые представляют значительный интерес для селекции.

Гаплоиды могут возникать естественным путем в результате нарушения процесса оплодотворения из неоплодотворенных яйцеклеток или других клеток зародышевого мешка, при элиминации хромосом одного из родителей в зиготе или замещении ядра яйцеклетки ядром спермия. Первым растением, которое было идентифицировано в качестве гаплоида, был дурман Daturastramonium (Solanacea), выявленное A.F. Blakeslee в 1921 году. Позже гаплоиды были обнаружены и у многих других растений, однако частота их появления в природе оказалось крайне незначительной (0,001 – 0,01%) и не могла удовлетворить потребности генетики и селекции.

slide3

Для редукции числа хромосом у растений применяют два основных подхода:

– андрогенез (от греч. andros – мужчина и… генез) в культуре in vitro пыльников или микроспор,

– гиногенез (от греч. gyne – женщина и… генез) из неоплодотворенных яйцеклеток или других гаплоидных клеток зародышевого мешка в культуре in vitro, а также из имеющих гаплоидный зародыш семян, полученных при опылении материнского растения пыльцой другого вида или специального гаплоиндуктора.

in vitro
Культура invitro пыльников и микроспор

Высшие растения имеют жизненный цикл, в котором чередуются фазы гаплоидного гаметофита и диплоидного спорофита. Во время фазы гаметофита материнские клетки пыльцы, находящиеся в пыльнике, претерпевают мейотическое и митотическое деления, результатом которых является образование мужского гаметофита – пыльцевых зерен.

Под воздействием определенных воздействий в условиях культуры пыльников in vitro некоторые микроспоры способны менять программу развития с гаметофитной на спорофитную и давать, в результате, начало эмбриоидам или образовывать каллюс. Из эмбриоидов или каллюса можно получить растения-регенеранты, которые являются гаплоидами или удвоенными гаплоидами. Это явление получило название андрогенеза или пыльцевого эмбриогенеза (pollen embryogenesis, microspore embryogenesis)

in vitro1
Культура invitro пыльников и микроспор

Возможность получения гаплоидов путем культивирования in vitro пыльников растений впервые была продемонстрирована в 1964 г сотрудниками Отдела ботаники Университета г. Дели (Индия) S. Guha и S.C. Maheswari

В 1973 году французские ученые С. Nitsch и В. Norreel впервые получили гаплоидные эмбриоиды путем культивирования in vitro микроспор Daturainnoxia, изолированных из пыльников.

in vitro2
Культура invitro пыльников и микроспор

Культура микроспор пшеницы (по Zheng, 2003):

Колоски, погруженные в питательную среду, измельчают с помощью блендера.

Полученный гомогенат фильтруют последовательно через сетчатые фильтры с размером ячеек 100 μм и 38 μм, чтобы отделить микроспоры от грубых остатков тканей и клеток.

Микроспоры, собранные на фильтре с размерами ячеек 38 μм, смывают раствором 0,3 М маннитола, наслаивают на 0,58 М раствор мальтозы и центрифугируют при небольшой скорости (100-150g). Жизнеспособные эмбриогенные микроспоры располагаются на границе этих двух растворов, в то время как другие клетки и примеси оказываются в осадке. Фракцию микроспор несложно собрать с помощью автоматической пипетки и перенести в жидкую питательную среду для культивирования.

slide9
Формирование пыльцевых зерен (гаметофитный путь развития) у высших растений
slide10
Изменение программы развития с гаметофитной на спорофитную

Изменение программы развития с гаметофитной на спорофитную в культуре in vitro происходит только в том случае, когда

- микроспоры находятся на определенной стадии развития

- являются чувствительными (компетентными) к различным внешним воздействиям, способным вызвать такое изменение программы.

Имеется достаточно много экспериментальных данных, указывающих на связь между андрогенетической способностью генотипа и формированием микроспор определенного типа (эмбриогенных). Было показано, что число эмбриогенных микроспор детерминировано для конкретных растений-доноров пыльников и не увеличивается в ходе культивирования пыльников, а условия культивирования лишь способствуют или препятствуют реализации их развития. Теория, которая считает приоритетной роль эмбриогенных микроспор в процессах андрогенеза в культуре пыльников и микроспор, получила название теории детерминации [Heberle-Bors 1985]

slide11
Эмбриогенные микроспоры

Эмбриогенные микроспоры имеют существенные ультраструктурные и функциональные отличия от нормальных микроспор. Для них характерно смещение вакуоли от центра к экзине на вакуолярной стадии развития микроспор и последующая реадсорбция вакуоли на двухядерной стадии с сохранением ее видимых фрагментов возле экзины; в результате формируется специфическая, так называемая «звездчатая структура», состоящая из цитоплазматических тяжей, соединяющих перинуклеарную и субкортикальную области цитоплазмы. Отмечается менее плотная цитоплазма, отсутствие накопления крахмальных зерен, характерное для нормальных созревающих генеративных клеток, происходит изменение клеточного цикла. Было обнаружено образование в эмбриогенных микроспорах в ходе культивирования in vitro специфической мРНК, не присутствующей в нормальных микроспорах, что говорит о транскрипции у них особых генов, связанных с развитием по спорофитному пути.

slide14
Пути формирования эмбриоидов или каллюса из эмбриогенных микроспор

А-путь. Микроспора подвергается первому неравному митотическому делению. В дальнейшем происходят симметричные деления только вегетативной клетки, в результате чего образуются гаплоидные эмбриоиды. Генеративная клетка не делится и погибает.

Е-путь. Микроспора подвергается первому неравному митотическому делению, в дальнейшем происходят симметричные деления генеративной клетки. В результате образуются гаплоидные эмбриоиды или каллюс.

В-путь. Первое митотическое деление, в отличие от нормального, является симметричным, что приводит к формированию двух одинаковых вегетативных клеток. Их последующее митотическое деление ведет к образованию многоклеточных структур. Развитие по В-пути обычно приводит к формированию гаплоидных или диплоидных эмбриоидов (удвоенных гаплоидов)

С-путь. Микроспора претерпевает нормальное митотическое деление, в результате которого формируются вегетативное и генеративное ядра. Затем ядра сливаются, последующие митотические деления приводят к образованию многоклеточных структур, которые в дальнейшем развиваются посредством эмбриоидогенеза или каллюсогенеза, давая начало преимущественно удвоенным гаплоидам.

slide15
Факторы, оказывающие влияние на эффективность андрогенеза в культуре пыльников и микроспор:

- Генотип

- Физиологическое состояние и условия культивирования растений-доноров пыльников или микроспор

- Оптимальная фаза развития микроспор

- Экспериментальные воздействия на растения-доноры пыльников или эксплантаты до начала культивирования (обработка ФАВ, стрессовые воздействия)

- Состав и консистенция питательной среды, условия культивирования эксплантатов

slide16
Определение плоидности растений-регенерантов
slide17
Проблема альбинизма растений-регенерантов
slide18
Получение гаплоидов с помощью культуры неоплодотворенных семяпочек и завязей
slide19
Получение гаплоидов с помощью культуры неоплодотворенных семяпочек и завязей

В качестве эксплантатов для культивирования in vitro обычно используют молодые неоплодотворенные семяпочки или завязи. Так, для сахарной свеклы оптимальный вариант предполагает использование в качестве эксплантатов семяпочек из закрытых бутонов со средней части соцветия, которые содержат недифференцированные 8-ядерные зародышевые мешки. После помещения на питательную среду развитие женского гаметофита, в отличие от мужского, продолжается и в результате образуется зрелый зародышевый мешок. По спорофитному пути, как правило, развивается, при определенных условиях культивирования, яйцеклетка.

slide20
Получение гаплоидов с помощью гаплопродюсеров

Развитие гаплоидов из женских половых клеток можно индуцировать in situ (лат.: на месте) путем:

опыления пыльцой другого вида,

того же вида,

облученной пыльцой.

Возможны два основных механизма возникновения гаплоидов в результате таких опылений:

- после оплодотворения яйцеклетки образуется гибридный зародыш, в котором на ранних стадиях эмбриогенеза происходит элиминация хромосом одного из родителей (чаще всего опылителя);

- оплодотворение яйцеклетки не происходит, но стимулируется к дифференцировке

slide21
Гаплопродюсеры:

Материнские растения культурного ячменя Hordeumvulgare(2n=2x=14) опыляют пыльцой дикого ячменя H. bulbosum(2n=2x=14). Используют эмбриокультуру

Для получения гаплоидов пшеницы ее опыляют пыльцой кукурузы, сорго, теосинте, декоративного проса Pennisetumglaucum, дикого ячменя H. bulbosum

Дигаплоиды (2n = 2x = 24) культурного картофеляS.tuberosum L. получают путем опыления растений картофеля (2n = 4x = 48) пыльцой S. phureja(2n = 2x = 24) (гаплопродюсеры с маркерным признаком «эмбриональное пятно» IvP35, IvP48, IvP101)

Американский селекционер Е.Н. Coe в 1959 г. выделил инбредную линию кукурузы Stok 6, которая в скрещиваниях с другими линиями кукурузы в качестве опылителя была способна давать в потомстве до 2,3% гаплоидных растений. Созданы линии-гаплопродюсеры кукурузы, которые используют в качестве материнских форм с целью получения гаплоидов от растений, пыльцой которых их опыляют [Kermicle 1969]

slide22
Гаметоклональная изменчивость

Гаметоклональная изменчивость - изменчивость растений, полученных с помощью различных методов из генеративных клеток (гамет). Основным источником гаметоклональной изменчивости является генетическое разнообразие гамет, которое возникает в процессе рекомбинации генов во время мейоза. Эта изменчивость максимальная в случае получения гаплоидов или удвоенных гаплоидоввысокогетерозиготных гибридов

В случае, когда получают удвоенные гаплоиды относительно гомозиготных форм растений, основную роль играет изменчивость, вызванная культивированием клеток, и изменчивость, возникающая при удвоении хромосом у гаплоидов. При получении удвоенных гаплоидов гибридов селекционную ценность представляет, в основном, изменчивость, обусловленная рекомбинацией генов в процессе мейоза при образовании гамет.

slide23
Гаметоклональная изменчивость

В Институте генетики и цитологии НАН Беларуси впервые было предложено использовать гаметоклональную вариацию, связанную с формированием нередуцированных гамет, для улучшения сортов картофеля – высоко гетерозиготной полиплоидной культуры, размножаемой вегетативно [Воронкова, Ермишин, 2003]

slide24
Использование гаплоидов в селекции растений

Ускорение получения гомозиготных линий самоопылителей (сорт пшеницы EtsDesprez во Франции был отобран среди всего 64 удвоенных гаплоидов, полученных от гибридов F1 [de Buyser et al., 1987]. Тем не менее, некоторые селекционеры рекомендуют использовать для получения удвоенных гаплоидов не гибриды F1, а F2 или F3).

Сокращение сроков создания родительских гомозиготных линий перекрестноопыляемых культур и родительских линий для получения гетерозисных гибридов. Возможность получения гомозиготных линий у самонесовместимых видов. Удвоенные гаплоиды нашли применение и для повышения эффективности рекуррентного отбора.

slide25
Манипуляции с плоидностью исходного материала для повышения эффективности селекции полиплоидов (на примере картофеля)

Получение дигаплоидов сортов картофеля;

Гибридизация дигаплоидов с дикими диплоидными видами;

Селекция на диплоидном уровне: комбинация и концентрация желаемых генов и элиминация нежелательных;

Мейотическое удвоение хромосом у отобранных генотипов (гибридизация сортов картофеля с дигаплоидами, формирующими нередуцированные гаметы) [Chase 1963; Peloquin et al. 1989].

slide26
Эффективность использования в селекции картофеля мультиплексных родительских линий и дигаплоидов

Симплекс × нуллиплекс

H1hhh × hhhh = 1 устойчивые : 1 восприимчивые

Дуплекс × нуллиплекс

H1H1hh × hhhh = 5 устойчивые : 1 восприимчивые

Триплекс ×нуллиплекс

H1H1H1h × hhhh=все устойчивые

4х Нуллиплекс × 2х гетерозигота (2n-гаметы)

hhhh × H1h (2n-гаметы) = все устойчивые

slide27
Преимущества «диплоидной» селекции по сравнению с традиционной

Благодаря более простому дисомному наследованию требуется меньший объем популяции для выделения сложных рекомбинантов, отвечающих запросам селекции

Возможность широкого использования генетического разнообразия диких диплоидных видов, интрогрессии селекционно-ценных генов диких видов в селекционный материал, расширения аллельного разнообразия S. tuberosum

Благодаря мейотическому удвоению хромосом возможность получать более выровненные, продуктивные, экологически стабильные тетраплоидные гибридные популяции, не расщепляющиеся по комплексу признаков, отселектированных на диплоидном уровне