Общая характеристика новых (инновационных) методов селекции и семеноводства растений презентация

— 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2008 – электронный ресурс.
Коновалов Ю. Б., и др. Общая селекция растений. – СПб.: «Лань», 2013 – электронный ресурс.
Гужов Ю., Фукс А., Валичек П. Селекция и семеноводство культурных растений. – М.: Колос, 1991 (лучше – 1999 – электронный ресурс или М.: Мир, 2003).

М.М.П.

3.

СМсспк

Сущность и краткая характеристика методов клеточной инженерии
3. Сущность и краткая характеристика методов генетической инженерии

М.М.П.

СМсспк

создавалось методами гибридизации, полиплоидии, мутагенеза.
В настоящее время ученые могут достигать еще большего разнообразия благодаря манипулированию отдельными клетками живого организма, отдельными хромосомами и отдельными генами.

Поэтому родились новые (инновационные) методы работы в современной селекции и новые понятия – в частности, клеточная, геномная, хромосомная и генная инженерия.
Данные методы являются методами новой науки – биотехнологии, а их принципиальное отличие от традиционно используемых в селекции состоит в целенаправленном, а не случайном расширении границ изменчивости генотипа, в планируемом разнообразии исходного материала для селекции.

М.М.П.

СМсспк

геномной, хромосомной и генной инженерии открывают возможности создания организмов с новыми, в том числе не встречающимися в природе, комбинациями наследственных признаков.
Понятия геномной, хромосомной и генной инженерии обычно интегрируются понятием генетической инженерии.

Генетическая инженерия – это использование комплекса клеточных, генетических, молекулярно-генетических методов при создании растительных организмов с необходимыми человеку свойствами.

М.М.П.

СМсспк

тканей, клеток, плазмидов, хромосом, генов и даже их отдельных частей (т.е. и на молекулярном уровне).

Если методы генетической инженерии на уровне популяций и организмов разработаны в селекции растений достаточно давно, то в современной селекции стали использоваться методы генетической инженерии на уровне клеток, хромосом и даже генов.

М.М.П.

СМсспк

и последующему введению их в живой организм.

При этом геномная, хромосомная и генная инженерия являются отдельными ветвями генетической инженерии.

М.М.П.

СМсспк

2009 г.

- традиционные
- ГМ

СОЯ ХЛОПОК КУКУРУЗА КАНОЛА

СМсспк

Получение биологически активных веществ растительного происхождения.
2. Ускоренное клональное микроразмножение растений, позволяющее из одного экпланта получать от 10 тыс. до 1 млн. генетически идентичных растений в год.
3. Получение безвирусных растений.
4. Использование эмбриокультуры и оплодотворения in vitro для преодоления постгамной несовместимости или щуплости зародыша при получения растений после отдаленной гибридизации.
5. Антерные культуры – культуры пыльников и пыльцы – используются для получения гаплоидов и дигаплоидов.
6. Клеточный мутагенез и селекция. Тканевые культуры в результате сомаклонального варьирования позволяют получать регенеранты, фенотипически и генотипически отличающиеся от исходного материала, даже без мутагенной обработки.

СМсспк

в клеточных технологиях с целью облегчения и ускорения селекционного процесса при создании новых форм и сортов растений, условно можно разделить на две группы.

Первая группа – это вспомогательные технологии, которые не подменяют обычную селекцию, а служат ей. К ним можно отнести: оплодотворение in vitro (преодоление прогамной несовместимости), культивирование незрелых гибридных зародышей (преодоление постгамной несовместимости), получение гаплоидов путем культивирования пыльников и микроспор, клональное микроразмножение.

Вторая группа объединяет основные технологии, приводящие к самостоятельному, независимому от традиционных методов селекции, получению новых форм и сортов растений: соматическая гибридизация (слияние изолированных протопластов и получение неполовых гибридов), клеточная селекция с использованием каллусной ткани, криосохранение ценного растительного материала и применение методов генной инженерии.

СМсспк

– клеточная инженерия как метод создания новых форм растений путем выделения мутантных клеток и сомаклональных вариаций в селективных условиях.

Клеточная инженерия основано на использовании изолированной культуры клеток или тканей эукариотических организмов, а также на тотипотентности – уникальном свойстве растительных клеток.
В понятии "тотипотентность" отражен потенциал клетки воспроизводить все типы клеток, присущих взрослому организму. Другими словами, клетка обладает способностью воспроизводить целый организм.
Важность принципа тотипотентности заключается в том, что любая дифференцированная клетка в специально созданных условиях может повторить весь путь онтогенеза, иными словами, весь путь развития организма.

М.М.П.

СМсспк

получения безвирусных растений и их клонального размножения, а также для получения ценных метаболитов растительного происхождения (например, дешевых лекарств), и др.

М.М.П.

СМсспк

условиях (in vitro) получило название метода культуры изолированных тканей и метода культуры изолированных клеток.

С помощью культуры изолированных тканей и клеток in vitro можно расширить возможности селекционной работы: получать клоны клеток, а затем и растения с запрограммированными свойствами.

М.М.П.

СМсспк

может служить массовое клонарное микроразмножение (микроклональное размножение) плодовых, овощных и декоративных растений, а также их оздоровление от вирусных и других инфекций.

Микроклональным размножением называют неполовое размножение растений с помощью метода культуры тканей, позволяющее получать растения, идентичные исходному.

М.М.П.

СМсспк

уровне единичных клеток с использованием техники in vitro.
Использование техники in vitro придаёт клеточной селекции более широкие возможности в сравнении с традиционными методами селекции, но и создает значительные трудности в работе из-за необходимости регенерации из отдельных клеток полноценных организмов.

Преимущество клеточной селекции перед традиционными методами состоит также в отсутствии сезонности в работе, возможности использования миллионов клеток при отборе, направленности селекции путем применения селективных сред и выполнении работ в лабораторных условиях.

М.М.П.

СМсспк

гаплоидии в селекции сельскохозяйственных культур.
Применение метода культуры клеток позволило осуществить регенерацию растений из генеративных клеток, содержащих гаплоидный набор хромосом.
Стало возможным массовое получение гаплоидов.
Практическое значение в селекции в настоящее время получили культура пыльников (андрогенез), завязей и семяпочек (гиногенез) и метод гаплопродюсера, который является разновидностью гиногенеза.

Метод позволяет получать гомозиготный материал из обогащенных в генетическом отношении гибридов без многократного самоопыления за 2 - 3 года вместо 8 - 10 лет при традиционной селекции

М.М.П.

СМсспк

было установлено, что они генетически не всегда однородны.
Эту, так называемую сомаклональную изменчивость, стали использовать в селекции растений как источник полезных мутаций.

У регенерантов, в отличие от индуцированных мутантов, редко наблюдается мозаичность, что является результатом их происхождения из единичной клетки, и поэтому сомаклоны могут быть стабилизированы в течение одного поколения.

М.М.П.

СМсспк

клеток in vitro, обеспечивающей возможность получения изолированных протопластов, их выращивания с образованием каллуса и в последующем целого растения, обеспечила формирование нового весьма перспективного метода гибридизации растений, получившего название соматической гибридизации.

М.М.П.

СМсспк

используют не гаметы (репродукционные клетки), а клетки тела растений (соматические), из которых получаются протопласты.
Слияние протопластов обеспечивает объединение не только клеточных геномов, но и двух различных цитоплазм.
В большинстве известных случаев слияние протопластов высших растений приводит к образованию либо гибрида, либо цибрида.
Цибридное растение содержит ядро одного партнёра, а цитоплазму – обоих партнеров и потому является гетерозиготным по внеядерным (цитоплазматическим) генам, определяющим, например, устойчивость к гербицидам или признак цитоплазматической мужской стерильности.

М.М.П.

СМсспк

рестрикции-модификации ДНК в результате, которого были выделены необходимые ферменты – рестриктазы для получения специфичных фрагментов ДНК.
Создание методов химического и химико-ферментативного синтеза генов.
Выявление векторных молекул ДНК, способных перенести в клетку чужеродную ДНК и обеспечить там экспрессию соответствующих генов.
Разработка методов объединения фрагментов ДНК из разных источников.
Разработка методов трансформации у различных организмов и отбора клонов, несущих рекомбинантные ДНК.

3.3

М.М.П.

В середине прошлого века была установлена возможность выделения из клеток молекул нуклеиновых кислот и направленного воздействия человека непосредственно на них.

СМсспк

в будущем организме генетическую информацию организмов различных (практически любых) видов и тем самым наделить полученный сорт (штамм микроорганизмов или породу животных) признаками, исходно ему не свойственными, но зато наиболее полезными для использования таких организмов человеком.

3.3

По сути дела селекционеры, подобно инженерам, получили возможность собирать из отдельных генов новые, до сих пор не существовавшие в природе комбинации, подобно тому, как в технике или строительстве собираются из отдельных блоков механизмы или здания.

Именно поэтому в современном языке появился термин генетическая инженерия.

СМсспк

или генетически модифицированного организма.
В отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергается изменениям лишь косвенно, генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат живых организмов, применяя технику молекулярного клонирования.

Генетическая инженерия — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы. Это технология рекомбинантных ДНК, изменение с помощью биохимических и генетических методик хромосомного материала – основного наследственного вещества клеток.

СМсспк

иные участки ДНК, соединяют их в новых комбинациях и переносят из одной клетки в другую. В результате удается осуществить такие изменения генома, которые естественным путем вряд ли могли бы возникнуть.
Генетическая инженерия является инструментом биотехнологии и использует методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология и др.

3.3

М.М.П.

Генетическая инженерия – это создание новых форм организмов за счёт пересадки генов из одной биологической системы в другую.

СМсспк

уже культивируются сотни форм растений, имеющих несвойственные им признаки и свойства за счёт функционирования в их геномах чужеродных генов.
Это сорта картофеля, устойчивые к колорадскому жуку, сорта сои и гибриды кукурузы, устойчивые к гербицидам, сорта риса с особым биохимическим составом зерна, очень продуктивные сорта клубники, и мн. мн. другие.

В настоящее время методами генетической инженерии улучшают аминокислотный состав запасных белков растений; повышают эффективность фотосинтеза; улучшают процессы усвоения азота; повышают устойчивость растений к фитопатогенам, гербицидам, насекомым, к абиотическим стрессам.

СМсспк

культур, производство человеческого инсулина путем использования генномодифицированных бактерий, производство эритропоэтина в культуре клеток или новых пород экспериментальных мышей для научных исследований.
В сельском хозяйстве с помощью рекомбинантной ДНК могут быть получены сорта культурных растений, устойчивые к засухе, холоду, болезням, насекомым-вредителям и гербицидам.
В растениеводстве удалось генетически изменить десятки продовольственных и кормовых культур. В животноводстве использование гормона роста, полученного биотехнологическим путем, позволило повысить удои молока; с помощью генетически измененного вируса создана вакцина против герпеса у свиней.

3.3

М.М.П.

СМсспк

название трансгенных растений или животных (генетически модифицированных организмов, ГМО).

М.М.П.

По большому счёту, человечество уже давно занимается созданием генетически модифицированных растений. Ещё в начале прошлого века под руководством Г.Д. Карпеченко был получен не существовавший в природе межродовой гибрид редьки и капусты, а сегодня всё большие посевные площади занимает не существовавшая в природе культура тритикале.

Но если ранее на создание таких генетически модифицированных растений традиционными методами селекции уходили долгие десятилетия, то инновационные методы позволяют это сделать за очень короткий срок.

СМсспк

послужили достижения клеточной биологии, прежде всего реализация методов культивирования клеток, тканей и органов.
Вторым импульсом для направленного введения чужих генов в геном растений стало открытие механизма встройки почвенной бактерией рода Agrobacteria части своего генома в геном растений.

В конце 70-х годов прошлого века было установлено, что болезнь растений под названием "корончатые галлы" не что иное, как опухолевые образования, которые возникают в результате встройки в геном растения части мегаплазмиды почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens.
Эта бактерия несет гены, вызывающие опухоли у растений, и встраивает эти гены в геном растений.

М.М.П.

3.3

СМсспк

опухоли, которые могут расти в культуральной среде в отсутствие стимуляторов роста — фитогормонов, необходимых для роста нормальных тканей.

СМсспк

ризосфере; 2 - строение A. tumefaciens; 3 – встраивание Т-ДНК в геном; 4 – образование опухоли.

3.3

М.М.П.

СМсспк

агробактериального переноса.
Однако эта схема эффективна лишь для двудольных растений.
Для однодольных, в основном злаковых растений, разработаны другие способы переноса генетических конструкций.
Из них чаще используется баллистический с помощью установки под названиями "генная пушка", или "дробовик": на микрочастицы золота или вольфрама помещают ДНК-векторы и под давлением "выстреливают" в растительные клетки.

М.М.П.

Сегодня учёные рассматривают эту почвенную бактерию, как природного геноинженера.
При её использовании в генной инженерии ту область плазмиды, которая индуцирует у растений опухоль, удаляют и заменяют на искусственно сконструированный вектор, в который включен избранный селекционерами чужой ген, переносимый в ядерный геном растений.

3.3

СМсспк

доставки генов в клетки растений

3.3

СМсспк