Текст научной статьи на тему «МОРФОГЕНЕЗ У РАСТЕНИЙ IN VITRO»
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2008, том 55, № 5, с. 643-664
МОРФОГЕНЕЗ У РАСТЕНИЙ IN VITRO*
Биолого-почвенный институт Дальневосточного отделения Российской академии наук, Владивосток
Поступила в редакцию 05.12.2007 г.
Морфогенетический потенциал растительной клетки проявляется в системах in vitro в более широком диапазоне, чем в природных условиях, благодаря эволюционно обусловленной у сосудистых растений способности к регенерации. Дан обзор работ по индукции морфогенеза с помощью экзогенных регуляторов и путем генетической трансформации генами rol.
К главным условиям, необходимым для индукции программ регенерации, относятся нарушение целостности и создание асимметрии. В опытах in vitro эти условия достигаются повреждением, экстрадицией экспланта, разнообразными физическими, прежде всего, субоптимальными температурными воздействиями, изменением освещенности и добавлением в питательную среду физиологически активных соединений (гормональных добавок и антитубулиновых агентов).
Технология in vitro. Как всё начинается. Часть 1.
В зависимости от сочетания внутренних и внешних факторов, определяющих начальные условия, возможны разные морфогенетические сценарии, что порождает трудности регуляции морфогенеза в системах in vitro. Предложено описание процесса морфогенеза в терминах теории множеств на базе концепции биологических референтов.
Проведенная формализация выявила принципиальные различия в начальных стадиях индивидуального развития в условиях in vitro и in vivo, а также позволила сравнить их с достижениями в изучении регуляции морфогенеза у позвоночных животных. В результате такого сравнения сформулирована концепция двух языков, ответственных за события морфогенеза у многоклеточных организмов.
Первый из них связан с событиями дифференциации, которые определяются спецификой транскрипции структурных генов хроматина, что можно формально представить как ряд последовательных состояний генотипа, каждое из которых отображается в фенотипе. Второй язык не имеет фенотипического выражения, он относится к правилам получения и хранения информации, которая здесь понимается как некоторая базовая структура ДНК индивидуума и особое состояние хроматина, неактивное в отношении транскрипции. Дана интерпретация формальных диаграмм индивидуального развития у растений с позиции представлений о молекулярных механизмах регуляции морфогенеза. Приводится схема состояний генотипа, соответствующих разным уровням дифференциации.
Ключевые слова: растение — индукция морфогенеза — регенерация — репрограммирование хроматина — языки морфогенеза — дифференциация клеток и тканей — теория множеств.
МОРФОГЕНЕЗ У РАСТЕНИЙ: СРАВНЕНИЕ С ДРУГИМИ ОРГАНИЗМАМИ
Под морфогенезом обычно понимают образование и дифференциацию тканей и органов многоклеточного организма. Поэтому исследования морфогенеза связаны преимущественно с многоклеточными организмами — например, сосудистыми растениями, позвоночными животными, насекомыми. Однако формообразующие процессы в биологии охватывают многие уровни организации. Примерами морфогенетического разнообразия в отношении уровня организации могут быть процессы образования пространственной
Микроклональное размножение. Введение эксплантов в культуру in vitro
* В статье использованы материалы доклада, сделанного Ю.Н. Журавлевым на VI съезде ВОФР 19 июня 2007 г. в Сыктывкаре.
структуры белка, самосборки клеточных орга-нелл и вирусных частиц, образование многоклеточного гаметофита у некоторых грибов и многие другие, часто экзотические процессы. К базовым механизмам морфогенеза часто относят дифференциацию клеток и тканей, морфогенети-ческое движение и трансмутации клеток, которые можно истолковать как их «рождение/смерть» [1]. Придерживаясь в основном традиционных представлений, в этой статье мы рассмотрим также и некоторые характеристики морфогенеза у растений, относящиеся к молекулярному уровню организации.
Становление различий в отношении морфогенеза между многоклеточными животными и многоклеточными растениями (далее — просто растениями) началось чрезвычайно давно, возможно, уже с тех пор, когда из двух комочков протоплазмы, обладающих свойством раздражимости и
Фундаментальные различия между сосудистыми растениями и позвоночными животными
Признаки Растения Животные
Жизненная «стратегия» Тип скелета Число органов, соотношение между органами, число делений клеток пассивная («оседлость», защитные морфологические структуры, вторичные метаболиты и шоковые соединения) — регенерация проницаемая клеточная стенка -сигнальные системы частично вынесены за плазмалемму для восприятия внешних сигналов оппортунистическое активные поиски пищи, оборона и бегство — сохранение целостности внутренний — не связан с функцией регуляции, есть дополнительные структурные барьеры строго детерминировано
столкнувшихся с чем-то неожиданным, один комочек отодвинулся и, тем самым спасся, а другой замер на месте, пережил неблагоприятный период и приступил к восстановлению. Со временем эти два первоначальных действия развились в две особых «стратегии» выживания. «Стратегии» оказались малосовместимы и привели к двум типам морфогенеза, один из которых можно было бы назвать оппортунистическим, а другой — детерминированным (таблица).
Оппортунистический, т.е. меняющийся в зависимости от ситуации, тип существования у растений в целом позволил им, с одной стороны, сохранить способность к размножению клеток в поврежденных органах и восстановлению многоклеточного организма из оставшихся после повреждения органов и даже из одной клетки. С другой стороны, необходимость лабильного поведения и вынужденной смены направления дифференциации не могла не явиться фактором, ограничивающим глубину и необратимость дифференциации. Способность части клеток высших растений к регенерации целого растения получила название тотипотентности [2, 3]. Идея тотипотентности приложима только к многоклеточным организмам, она лишена смысла в отношении одноклеточных и становится весьма туманной в приложении к таким мультикарионам, как некоторые виды грибов [4]. Следует отметить однако, что представления о стволовых клетках иногда распространяют и на одноклеточные организмы, например, дрожжи [5].
После этих оговорок можно сформулировать несколько общих положений, касающихся морфогенеза у многоклеточных растений.
1. В основе большинства морфогенетических моделей растений in vitro лежит свойство тотипотентности растительных клеток. Тотипотент-ность — способность одной клетки развиваться в целый организм, обладание ею всеми потенциями будущего организма. В основе тотипотентности растительных клеток лежит факт сохранения в них полной базовой структуры ДНК индивидуума в ходе дифференциации и специализации состав-
ляющих его клеток и тканей. Тотипотентность растительных клеток не есть нечто абсолютное, и продемонстрировать тотипотентность некоторых высокоспециализированных клеток растений, например, клеток симпласта флоэмы, утративших плазмалемму, чрезвычайно трудно. Другим примером может быть проблема альбино-вариантов, получаемых из пыльцы: бесхлоро-фильные растения-регенеранты появляются вследствие делеции части хлоропластной ДНК [6] или ее инактивации транспозонами [7].
2. Тотипотентность меристематических клеток реализуется в ходе их деления и дифференциации, тогда как тотипотентность специализированных клеток реализуется посредством дедифферен-циации с последующей новой дифференциацией.
3. Де- и дифференциация осуществляются путем превращения клеток (обычно в ходе деления) на основе дифференциальной транскрипции генов, что является обязательным условием роста и морфогенеза.
Представления о тотипотентности растительной клетки складывались в ходе примерно векового периода экспериментальных работ с культурами клеток растений, а затем — в области клеточной инженерии. Первые руководства по морфогенезу на русском языке были опубликованы при участии основоположника этого направления в России — Р.Г. Бутенко и ее учеников [2, 8].
Значительный вклад в понимание процессов морфогенеза внесли и другие отечественные школы (В.В. Полевого, Е.Н. Герасимовой-Навашиной, Т.Б. Батыгиной и др.). В настоящее время наиболее полное описание разнообразия путей морфогенеза in vivo и in vitro представлено в монографической сводке «Эмбриология цветковых растений» [9].
Понятия тотипотентности клетки и ее способности к морфогенезу отчасти перекрывают друг друга. Сам факт развития новых органов и организмов из зигот и малодифференцированных стволовых клеток животных и из клеток расти-
тельных меристем представляется делом обыкновенным. В противоположность этому, тотипо-тентность именно специализированных клеток растений, наблюдаемая как в условиях in vitro, так и in vivo, долгое время считалась их специфическим отличием от клеток животных. После того, как была продемонстрирована способность растений к регенерации целого организма из каллу-сных клеток in vitro, были найдены также многочисленные примеры подобной регенерации в природе [10].
Для позвоночных животных известны сравнительно более редкие примеры регенерации, в основе которых лежит, как считается [11, 12], способность дифференцированных клеток животных к трансдифференциации. На основе подобных примеров можно утверждать, что тотипотентность, именно как потенция, может быть присуща также и животным клеткам. Однако экспериментальная реализация этого свойства in vitro у животных сильно затруднена в связи с действием многочисленных ограничений, регулирующих их развитие (таблица, третья строка). Все шире распространяется убеждение, что не «голая» ДНК, а весь хро-матиновый комплекс является той основой, на которой только и возможны морфогенетические превращения [13], поэтому не исключено, что задача регуляции морфогенеза может оказаться еще сложнее.
Важнейшей задачей на этом пути является выяснение и создание условий, необходимых для превращений клеток в нужном направлении. У растений к таким условиям относитс
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.
Источник: naukarus.com
Растения in vivo это
Rhodiola rosea (родиола розовая), каллус, клеточные агрегаты, ВЭЖХ, ЯМР, вторичные метаболиты (ВМ), п-тирозол, салидрозид, розавин, флавоноиды, терпены, пероксидаза, каталаза
Аннотация
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций, библиографии из 333 наименований, 143 страниц основного текста, 58 рисунков, 13 таблиц и 18 приложении. Полученные результаты опубликованы в 36 научных работах.
Задача работы: оценка особенностей накопления активных компонентов в корневищах растений Карпатской популяции R. rosea (Румыния), а также растений, выращенных в условиях in vivo; для выявления взаимоотношений «генотип-среда-метаболические процессы» для практической разработки методов оптимального накопления вторичных метаболитов в клетках R. rosea, культивируемых in vitro.
Цели работы: определение содержания и состава ВМ и эфирных масел в корневищах растений R. rosea, собранных в Карпатах, Румыния, а также искусственно выращенных в Молдове; введение в культур in vitro эксплантов растений R. rosea и определение влияния различных физических и химических факторов, отдельно и в комбинации, на образование биомассы и накопление ВМ в культуре клеток in vitro; сравнение химического состава корневищ растений R. rosea карпатской популяции и тех, которые получены путем культивирования in vivo.
Полученный результат, который способствует решению важной научной проблемы, заключается в выявлении того факта, что кратковременная экспозиция при низких температурах и УФ излучении, а также введение в питательную среду коричного спирта и препарата Reglalg в начале экспоненциальной фазы роста клеточной культуры, приводит к стимуляция накопления биомассы R. rosea в условиях in vitro и к существенному увеличению содержания ВМ, что является важной предпосылкой для создания искусственных режимов культивирования клеток в биореакторах, специально адаптированных для получения ВМ характерных для корневищ R. rosea.
Практическая значимость работы: исследования in vivo и in vitro показали, что для получения активных компонентов, характерных для растений R. rosea, необходимо создать специфические условия освещения и температуры, подходящие для растений этого вида. Таким образом, подбор оптимальных условий культивирование R. rosea in vivo и in vitro может обеспечить устранение угрозы исчезновения вида из-за интенсивного сбора спонтанно растущих растений.
Внедрение научных результатов: культура каллуса R. rosea в возрасте 10 лет поддерживается до настоящего времени в ИГФЗР и применяется в исследованиях механизмов регуляции биосинтеза ВМ, а также в учебном процессе государственного университета „Дмитрий Кантемир”.
Официальные оппоненты
- Alexandru Rotari
доктор хабилитат, доцент - Larisa Andronic
доктор хабилитат, доцент, Институт генетики, физиологии и защиты растений АНМ
Члены Ученого Совета
- Nicolae Balaur , председатель
доктор хабилитат, профессор, Институт генетики, физиологии и защиты растений АНМ - Maria Căuş , секретарь
доктор, доцент - Gheorghe Şişcanu , член
доктор хабилитат, профессор, Институт генетики, физиологии и защиты растений АНМ - Anastasia Ştefîrţa , член
доктор хабилитат, профессор, Институт генетики, физиологии и защиты растений АНМ - Aliona Glijin , член
доктор, доцент
Источник: www.cnaa.md
Методические основы культивирования органов, тканей, клеток и протопластов растений in vitro
Методические основы культивирования органов, тканей, клеток и протопластов растений in vitro. Помещения: 1. для мытья и стерилизации посуды и инструментов, 2. для приготовления и стерилизации питательных сред, 3. для цитологических исследований,
Download Presentation
gracie + Follow
Download Presentation
Методические основы культивирования органов, тканей, клеток и протопластов растений in vitro
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. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can’t get a presentation, the file might be deleted by the publisher.
Presentation Transcript
- Related
- More by User
Female foeticide
Some of the worst gender ratios, indicating gross violation of women’s rights, are found in South and East Asian countries such as India and China. The determination of the sex of the foetus by ultrasound scanning, amniocentesis, and in vitro fertilization has aggravated this situation. No moral or ethical principle supports such a procedure for gender identification. The situation is further worsened by a lack of awareness of women’s rights and by the indifferent attitude of governments and medical professionals.
7.69k views • 24 slides
Introduction to animal cell culture
Introduction to animal cell culture. CELL CULTURE Why do it ?. — Research — Diagnosis. Tool for the study of animal cell biology In vitro model of cell growth Mimic of in vivo cell behaviour Artificial (some cell types are thus difficult to culture)
3.76k views • 32 slides
HEMATOLOJİDE SEROLOJİK TESTLER, KAN GRUPLARI VE TAYİNİ
HEMATOLOJİDE SEROLOJİK TESTLER, KAN GRUPLARI VE TAYİNİ. Doç.Dr. Mustafa ALTINIŞIK ADÜTF Biyokimya AD 2007. Seroloji, antijen-antikor reaksiyonlarının in vitro gösterilmesidir. Hematolojide seroloji, kan gruplarının tanınması ve tayini açısından oldukça önemlidir.
1.3k views • 24 slides
Product Efficacy
Product Efficacy. Raman Govindarajan, M.D., PhD Regional Director Medical Johnson Asia Pacific. Outline. Why measure product efficacy How to measure product efficacy In vitro studies In vivo studies Animal studies Human studies Conclusions and claims.
1.16k views • 47 slides
Part I: Ribozymes
Prof. F.Allain 2/2/2004. Part I: Ribozymes. Part II: SELEX (RNA in-vitro evolution). Part III: RNAi RNA inhibition and silencing. The RNA world hypothesis.
Part I: Ribozymes. A brief History. How many ribozyme ? Why ?. Catalytic efficiency, condition. 3D structure of ribozyme:
1.03k views • 69 slides
RADIOIMMUNOASSAY (RIA)
RADIOIMMUNOASSAY (RIA). INTRODUCTION. RIA is a nuclear technique widely used for measuring minute substances with IN VITRO Procedures.
2.15k views • 21 slides
Visita Grupo VITRO Lunes 14 de Abril de 2008
Visita Grupo VITRO Lunes 14 de Abril de 2008. PROGRAMA ACADÉMICO INSTITUCIONAL DE NANOTECNOLOGIA **** PRINATEC Coordinador Responsable: Dr. Daniel Glossman-Mitnik. Principales centros de investigación en México con actividades en Nanociencia y/o Nanotecnología. UNISON.
CIMAV. UANL. CIQA.
1.03k views • 90 slides
創 傷 弧 菌 感 染 症： 臨 床 表 徵 、 致 病 機 轉 及
創 傷 弧 菌 感 染 症： 臨 床 表 徵 、 致 病 機 轉 及 抗 生 素 治 療 之 新 進 展. 奇美醫學中心 醫學研究部 及 內科部. 莊 銀 清 教 授. Vibrio vulnificus infection. ¤ clinical manifestations ¤ epidemiology ¤ pathogenesis genes toxins ¤ in vitro » width=»320px» />
DNA – ΤΟ ΓΕΝΕΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΠΩΣ ΚΑΤΑΛΗΞΑΜΕ ΣΤΟ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ ΟΤΙ ΤΟ DNA ΕΙΝΑΙ ΤΟ ΓΕΝΕΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ;
DNA – ΤΟ ΓΕΝΕΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΠΩΣ ΚΑΤΑΛΗΞΑΜΕ ΣΤΟ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ ΟΤΙ ΤΟ DNA ΕΙΝΑΙ ΤΟ ΓΕΝΕΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ;. ΠΕΙΡΑΜΑ GRIFFITH – 1928 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ GRIFFITH IN VITRO ΑΠ O ΤΟΥΣ AVERY MAC-CLEOD MC-CARTHY- 1944 ΒΙΟΧΗΜΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΤΗΣ ΕΠΟΧΗΣ ΠΟΥ ΥΠΟΣΤΗΡΙΖΑΝ
1.25k views • 72 slides
Клональное размножение растений in vitro
Клональное размножение растений in vitro. Вегетативное размножение.
1.25k views • 31 slides
VARIASI SOMAKLONAL
Dasar Bioteknologi Tanaman. VARIASI SOMAKLONAL. Dr.Ir . Sukendah , MSc. Variasi somaklonal. Fenomena umum dalam regenerasi tanaman in vitro.
Keragaman somaklonal adalah keragaman genetik yang dihasilkan melalui kultur jaringan. Keragaman genetik eksplan. mutasi.
2.18k views • 13 slides
CH 5. Micropropagation
CH 5. Micropropagation. 6-1. Introduction. Rapid and mass production of healthy plants Micropropagation Clonal propagation In vitro propagation . culture. virus-free plants. 1. Meristem shoot tip ———-> ? 2. Explants —————-> shoot —> plants
1.31k views • 53 slides