Соматическое слияние - Somatic fusion

Слитый протопласт (слева) с хлоропластами (из листовой клетки) и окрашенная вакуоль (из лепестка).

Соматическое слияние, также называемый слияние протопластов, это тип генетическая модификация в растениях, с помощью которых два разных вида растений сливаются вместе, чтобы сформировать новый гибридный растение с характеристиками обоих, соматический гибрид.[1] Гибриды были получены либо между разными разновидностями одного и того же вида (например, между нецветущими картофель растения и цветущие растения картофеля) или между двумя разными видами (например, между пшеницей Тритикум и рожь Secale производить Тритикале ).

Использование соматического слияния включает в себя повышение устойчивости растений картофеля к болезнь скручивания листьев картофеля.[2] Посредством соматического слияния растение картофеля Solanum tuberosum - урожайность сильно снижается из-за вирусного заболевания, передаваемого тлей вектор - сращен с диким, неклубнеплодным картофелем Solanum brevidens, устойчивый к заболеванию. Полученный гибрид имеет хромосомы обоих растений и, таким образом, похож на полиплоид Соматическая гибридизация впервые была введена Carlson et al. в Никотиана глаука.[3]

Процесс для растительных клеток

Процесс соматического слияния состоит из четырех этапов:[4]

  1. Удаление клеточной стенки одной клетки каждого вида растений с помощью целлюлаза фермент для производства Соматическая клетка называется протопласт
  2. Затем клетки сливаются с помощью электрического шока (электросварки) или химической обработки для соединения клеток и слияния ядер. Полученный сплавленный ядро называется гетерокарион.
  3. Затем индуцируют образование клеточной стенки, используя гормоны
  4. Затем клетки выращивают в мозоли которые затем вырастают до саженцы и, наконец, к полноценному растению, известному как соматический гибрид.

Процедура для семенных растений, описанная выше, слияние мох протопласты могут быть инициированы без электрического шока, но с использованием полиэтиленгликоль (ПЭГ). Кроме того, протопласты мха не нуждаются в фитогормоны за регенерация, и они не образуют мозоль.[5] Вместо этого регенерирующие протопласты мха ведут себя как прорастающий мох споры.[6] Дополнительное примечание нитрат натрия и ион кальция при высоком pH могут использоваться, хотя результаты могут быть разными в зависимости от организма.[7]

Применение гибридных ячеек

Соматические клетки различных типов могут быть объединены для получения гибридных клеток. Гибридные клетки полезны множеством способов, например,

(i) изучить контроль над деление клеток и экспрессия гена,

(ii) расследовать злокачественные превращения,

(iii) получить вирусная репликация,

(iv) для ген или же картирование хромосом и для

(v) производство моноклональные антитела производя гибридома (гибридные клетки между иммортализованной клеткой и антитело производство лимфоцит ), так далее.

Картирование хромосом посредством гибридизации соматических клеток по существу основано на слиянии человеческих и мышь соматические клетки. Обычно человек фиброциты или же лейкоциты слиты с мышью непрерывно Сотовые линии.

Когда клетки человека и мыши (или клетки любых двух млекопитающее видов или одного и того же вида) смешанные, спонтанные слияние клеток происходит с очень низкой частотой (10-6). Слияние клеток увеличивается в 100-1000 раз за счет добавления ультрафиолетовый инактивированный Сендай (парагриппа) вирус или полиэтиленгликоль (ПЭГ).

Эти агенты придерживаются плазматические мембраны клеток и изменяют их свойства таким образом, чтобы облегчить их слияние. Слияние двух клеток дает гетерокарион, то есть единственную гибридную клетку с двумя ядрами, по одному от каждой из клеток, вступающих в слияние. Впоследствии два ядра также сливаются, давая гибридную клетку с одним ядром.

Обобщенную схему гибридизации соматических клеток можно описать следующим образом. Подходящие человеческие и мышиные клетки отбирают и смешивают вместе в присутствии инактивированного вируса Сендай или PEG, чтобы способствовать слиянию клеток. Через некоторое время клетки (смесь клеток человека, мыши и «гибридных» клеток) высевают на селективная среда, например, Шляпа средняя, что позволяет умножение только гибридных клеток.

Несколько клоны (каждая получена из одной гибридной клетки) гибридных клеток, таким образом, выделяют и подвергают обоим цитогенетический и соответствующий биохимические анализы для обнаружения фермент / белок /черта под следствием. Теперь делается попытка соотнести наличие и отсутствие признака с наличием и отсутствием признака. хромосома человека в гибридных клонах.

Если есть идеальный корреляция Между наличием и отсутствием хромосомы человека и признака в гибридных клонах считается, что ген, определяющий признак, расположен в соответствующей хромосоме.

Среда HAT является одной из нескольких селективных сред, используемых для отбора гибридных клеток. Эта среда дополнена гипоксантин, аминоптерин и тимидин, отсюда и название HAT medium. Антиметаболит аминоптерин блокирует клеточный биосинтез из пурины и пиримидины из простые сахара и аминокислоты.

Однако нормальные клетки человека и мыши все еще могут размножаться, поскольку они могут использовать гипоксантин и тимидин, присутствующие в среде, через путь спасения, который обычно перерабатывает пурины и пиримидины, полученные при разложении нуклеиновые кислоты.

Гипоксантин превращается в гуанин ферментом гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансфераза (HGPRT), а тимидин - фосфорилированный к тимидинкиназа (ТЗ); как HGPRT, так и TK являются ферментами пути спасения.

В среде HAT могут пролиферировать только те клетки, которые имеют активные ферменты HGPRT (HGPRT +) и TK (TK +), тогда как клетки с дефицитом этих ферментов (HGPRr- и / или TK-) не могут делиться (поскольку они не могут продуцировать пурины и пиримидины. из-за присутствия аминоптерина в среде HAT).

Для использования среды HAT в качестве селективного агента, человеческие клетки используемые для слияния, должны быть дефицитными по ферменту HGPRT или TK, в то время как мышиные клетки должны быть дефицитными по другому ферменту этой пары. Таким образом, можно слить клетки человека с дефицитом HGPRT (обозначенные как TK + HGPRr-) с клетками мыши с дефицитом TK (обозначенные как TK- HGPRT +).

Их продукты слияния (гибридные клетки) будут TK + (из-за человеческого ген ) и HGPRT + (из-за гена мыши) и будут размножаться в среде HAT, в то время как клетки человека и мыши не смогут этого сделать. Аналогичным образом можно запланировать эксперименты с другими селективными средами.

Характеристики соматической гибридизации и кибридизации

  1. Слияние соматических клеток, по-видимому, является единственным средством, с помощью которого два разных родительских геномы возможно рекомбинированный среди растений, которые не могут размножаться половым путем (бесполое или бесплодное).
  2. Протопласты сексуально бесплодных (гаплоидный, триплоид, и анеуплоид ) растения можно смешивать для получения плодородных диплоиды и полиплоиды.
  3. Слияние соматических клеток преодолевает барьеры сексуальной несовместимости. В некоторых случаях соматические гибриды двух несовместимых растений также нашли применение в промышленность или же сельское хозяйство.
  4. Слияние соматических клеток полезно при изучении цитоплазматических генов и их активности, и эта информация может быть применена в селекция растений эксперименты.

Межвидовые и межвидовые достижения слияния

КрестПерекрещено с
ОвсяныйКукуруза
Brassica sinensisB. oleracea
Торрентия фурнериT. bailloni
Brassica oleraceaБ. кампестрис
Дурман innoxiaАтропа белладонна
Nicotiana tabacumН. glutinosa
Дурман innoxiaD. Candida
Arabidopsis thalianaBrassica campestris
Петуния гибриднаяVicia faba

Таблица: Ссылка № 5 Примечание: В таблице приведено только несколько примеров, крестиков гораздо больше. Возможности этой технологии огромны; однако не все виды легко помещаются в культуру протопластов.

Рекомендации

  1. ^ Раковина, К. С .; Jain, R.K .; Чоудхури, Дж. Б. (1992). «Гибридизация соматических клеток». Дистанционная гибридизация сельскохозяйственных культур. Монографии по теоретической и прикладной генетике. 16: 168–198. Дои:10.1007/978-3-642-84306-8_10. ISBN  978-3-642-84308-2.
  2. ^ Хельгесон Дж. П., Хант Г. Дж., Хаберлах Г. Т., Остин С. (1986). «Соматические гибриды между Solanum brevidens и Solanum tuberosum: экспрессия гена устойчивости к фитофторозу и устойчивости к скручиванию листьев картофеля». Rep клетки растений. 5 (3): 212–214. Дои:10.1007 / BF00269122. PMID  24248136.
  3. ^ Хэмилл, Джон Д .; Кокинг, Эдвард С. (1988). «Соматическая гибридизация растений и ее использование в сельском хозяйстве». Биотехнология клеток растений. 18: 21–41. Дои:10.1007/978-3-642-73157-0_3. ISBN  978-3-642-73159-4.
  4. ^ Торренс, Джеймс (2008). «Высшая биология» (2-е изд.). Ходдер Гибсон. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь).
  5. ^ Сольви Ротер, Биргит Хаделер, Хосе М. Орсини, Вольфганг О. Абель, Ральф Рески (1994): Судьба мутант макрохлоропласт у соматических гибридов. когда картофель гибридизируется с томатом, вместо того, чтобы получить какой-либо один признак, оба персонажа проявляют себя и получают новое растение под названием Pomato Journal of Plant Physiology 143, 72-77. [1]
  6. ^ С.С. Бхатла, Жюстин Кисслинг, Ральф Рески (2002): Наблюдение индукции полярности путем цитохимической локализации фенилалкиламин переплет рецепторы врожденный протопласты из мох Physcomitrella patens. Protoplasma 219, 99-105. [2]
  7. ^ Махеш. Молекулярная биотехнология растений. 2009. Книга.