Направления научных исследований биотехнологии растений

Оздоровление и сохранение биоразнообразия растений методом клонального микроразмножения. Достижения в области культуры клеток и тканей привели к созданию принципиально нового метода вегетативного размножения — клональногомикроразмножения (получение в условиях invitro (в пробирке), неполовым путем растений, генетически идентичных исходному экземпляру). В основе метода клональногомикроразмножения (МКР) лежит уникальная способность растительной клетки реализовывать присущую ей тотипотентность, т. е. под влиянием экзогенных воздействий давать начало целому растительному организму. Преимущества МКР перед существующими традиционными способами размножения: — получение генетически однородного посадочного материала; — освобождение растений от вирусов за счет использования меристемной культуры; — высокий коэффициент размножения (105—10 — для травянистых, цветочных растений, 104—105 — для кустарниковых древесных, 104 — для хвойных); — сокращение продолжительности селекционного процесса; — ускорение перехода растений от ювенильной к репродуктивной фазе развития; — размножение растений, трудно размножаемых традиционными способами; — возможность проведения работ в течение года и экономия площадей, необходимых для выращивания посадочного материала; — возможность автоматизации процесса выращивания. Основной метод, используемый при клональноммикроразмножении растений, — это активация развития уже существующих в растении меристем, основывающийся на снятии апикального доминирования. Этот метод широко используется в производстве безвирусного посадочного материала сельскохозяйственных культур как технических (сахарная свекла, хмель, табак, топинамбур, стахис), так и овощных (томаты, картофель, огурец).

Онтогенез. Дифференциация. Ген-признак. Онтогенез – индивидуальное развитие организма от зиготы (или вегетативного зачатка) до природной смерти. Этапы онтогенеза семенного растения: I) Эмбриональный - период образования зародыша и семени. Созревшее семя переходит в состояние покоя. II) Ювенильный этап (молодость)– от прорастания семени до начала заложения первых цветков. На этом этапе у растений образуются только вегетативные органы: листья, стебли, корни. У однолетних трав этот период может длиться несколько недель, у древесных - до нескольких десятков лет. В этот период у растений образуются только вегетативные органы. III) Зрелость и размножение (плодоношение) – этап зрелости начинается от момента закладки зачатков цветков до оплодотворения (появления новых зародышей). Период размножения – от оплодотворения до полного созревания семян и плодов. В этот период происходит образование вегетативных органов размножения (клубни, луковицы и др.). VI) Размножение- от первого оплодотворения до образования плодов и семян. V) Старение и отмирание- от полного прекращения плодоношения до отмирания вегетативных органов и смерти самого организма. Дифференциация - процесс приобретения различий в строении между однородными структурными элементами организма для выполнения разных функций, напр. Д. клеток меристем при образовании постоянных тканей. Ген — признак

Развитие любого признака организма является результатом взаимодействия или аллелей одного гена (аллельное взаимодействие), или разных генов (неаллельное взаимодействие). Например, при скрещивании красноцветковых растений ночной красавицы (Mirabilis) с белоцветковыми у гибрида в результате взаимодействия красного и белого аллелей проявляется розовая окраска цветов, а во втором поколении наблюдается расщепление на красно-, розово- и белоцветковых в соотношении 1: 2: 1.

Органогенез. Соматический эмбриогенез: Органогенез–дифференциация каллусных клеток в целые органы (превращение их в апексы стеблей или корней, флоральные элементы). Прямой и непрямой пути органогенеза Если при культивировании развитие корней, стеблевых или цветочных почек происходит из клеток экспланта без образования каллуса, то такой путь органогенеза называют прямым. Путь формирования морфологических структур, приводящих к образованию корней, стеблевых и цветочных почек в каллусной культуре, называют непрямым органогенезом. Пример прямого органогенеза in vivoи in vitro - образование стеблевых почек у льна. Так, если у 15-дневных проростков льна удалить верхушку стебля, то через определенный промежуток времени из эпидермальных клеток гипокотиля происходит образование многочисленных стеблевых почек. Позже одна из почек доминирует в развитии и дает полноценный стебель. Если сегмент гипокотиля льна размером примерно 15 мм поместить на агаризованную культуральную среду с фитогормонами, то развитие может получить до 170 проростков, формирующихся как из эпидермальных, так и из субэпидермальных клеток. Соматический эмбриогенез При культивировании invitro и из клеток экспланта, и из клеток каллуса могут развиться соматические зародыши, или эмбриоиды, которые, как и стеблевые почки, при прорастании дают целые растения. В зависимости от пути образования эмбриоидов (из экспланта или каллуса) по аналогии с органогенезом различают прямой и непрямой путь соматического эмбриогенеза. Морфологические различия между стеблевыми почками и эмбриоидами заключаются в следующем. Эмбриоиды развиваются из соматических клеток как автономные структуры. Для соматических зародышей, как и для зиготических, характерна биполярность Морфологические особенности зиготических (а) и соматических (в) зародышей по сравнению со стеблевыми почками, развивающимися in vivo (б) и invitro (г) Стеблевые почки, развивающиеся и у интактных растений, и в культуре in vitro, монополярны и не автономны, так как связаны сосудистыми тканями с органом растения или каллусной тканью. Пример соматического эмбриогенеза in vivo - адвентивная полиэмбриония у цитрусовых. В одном семени может развиваться до сорока зародышей. Обычно один зародыш зиготический. Он формируется от слияния половых клеток и несет признаки материнского и отцовского растения. Остальные зародыши - неполовые, развиваются из клеток нуцеллуса, окружающего зародышевый мешок, и несут признаки только материнского растения. Способность к полиэмбрионии у цитрусовых используют для их клонального размножения. Нуцеллус изолируют и культивируют in vitro в условиях, где происходит индукция образования эмбриоидов из отдельных клеток. Образование структур, подобных зародышевым, впервые описал Ф. Стюард в 60-е гг. Культивирование клеток корня моркови в жидкой среде с кокосовым молоком приводило к их быстрому делению и образованию клеточных агрегатов. Внутри этих агрегатов происходила дифференцировка элементов ксилемы, после чего формировались корневые зачатки. При переносе культуры на агаризованную среду наблюдалось образование из этих структур побегов, развивающихся в целое растение. Источником эмбриогенного каллуса у моркови могут быть разные органы: корень, листья, стебель, зиготические зародыши. Интересной моделью для изучения соматического эмбриогенеза является лютик - Ranunculus sceleratus. На среде, содержащей кокосовое молоко, в соматических тканях и пыльниках формируется эмбриогенный каллус. В течение трех недель как внутри каллуса, так и на его поверхности образуются эмбриоиды, по своему строению напоминающие зиготические зародыши. Такие же эмбриоиды могут формироваться и из клеток суспензионной культуры. При пассированиисоматических зародышей на свежую средуиндуцируется развитие проростков, у которых по всему стеблю из отдельных эпидермальных клеток без дополнительной индукции формируются многочисленные эмбриоиды.