Опухолевое заболевание растении, известное как корончатый галл известно давно. В начале нашего века Е. Смит и К. Таундсен (1907) показали, что вызывает это заболевание почвенная бактерия. Выделенная в виде чистой культуры Agrobacterium tumefaciens способна приводить к образованию опухолей у некоторых представителей голосеменных и большинства двудольных покрытосеменных растений. Клетки растительных опухолей интенсивно растут на искусственных средах и при этом не нуждаются в добавлении фитогормонов в отличие от клеток нормальных тканей.
В 70-х годах выяснилось, что причиной опухолеобразования являются так называемые Ti-плазмиды, обнаруженные в клетках некоторых штаммов A. tumefaciens. Ti-плазмиды — это кольцевые молекулы ДНК размером 50—80 мкм с молекулярной массой около 1,3´108 Д длиной до 200 тыс. п. н. Эти плазмиды проникают из бактерий в клетки растения, и часть ДНК Ti-плазмиды, так называемая Т-ДНК, ковалентно встраивается в хромосомы инфицируемого растения. Будучи интегрирована с хромосомой, Т-ДНК вызывает образование опухоли, гиперпродукцию фитогормонов: цитокининов и индолилуксусной кислоты (ауксина), а также синтез ряда производных аминокислот, объединяемых под общим термином опины. Опухоль возникает вследствие нарушения баланса фитогормонов, от которого зависит нормальный морфогенез растения. Опины, выделяемые клетками опухоли, бактерия использует в качестве источников углерода и азота, причем только в том случае, когда A. tumefuciens содержит Ti-плазмиду, заразившую клетки растения. I Ti-плазмида относится к классу конъюгитивных плазмид, т.е. может передаваться в клетки A.tumefаciens, лишенные её. Этот процесс эффективно происходит в зараженном растении и стимулируется опинами.
Описанные здесь взаимоотношения A. tiimefaciens и высшего растения Дж. Шелл назвал генетической колонизацией, которая представляет собой эксперимент по генной инженерии, поставленный самой природой. Таким образом, Ti-плазмида — это природный вектор для трансформации клеток высших растений. Как показал Дж. Шелл, если из клеток корешков табака с интегрированной Т-ДНК получить культуру (каллус) растительной ткани, а затем целые растения-регенеранты, то при последующем генетическом анализе признак «присутствие Т-ДНК» обнаруживает менделевское расщепление.
В качестве векторов для клонирования генов и последующей трансформации растений используют две разновидности Ti-плазмид. Они различаются по типу опинов (октопины или нопалины), которые синтезируют зараженные ими растения. Клонируемый ген встраивают вместо кодирующей части генов октопинсинтетазы или нопалинсинтетазы, входящих в состав Т-ДНК. Для клонирования гена в бактерии, обычно Е. coli, конструируют гибридные плазмиды. После заражения растения плазмидой ее Т-ДНК со встроенным геном интегрирует с хромосомной ДНК.
В настоящее время выделены и проклонированы несколько десятков генов высших растений, в том числе гены, контролирующие запасные белки: сои, ячменя, гороха, кукурузы, а также некоторые гены, контролирующие активность ферментов: алкогольдегидрогеназы и каталазы кукурузы, a-амилазы ячменя; некоторые гены хлоропласта пшеницы, шпината и др.
Первыми чужеродными генами, введенными в начале 80-х годов в высшие растения, были гены устойчивости к антибиотикам из Е. coil. Так, в клетки табака был передан ген устойчивости к метатрексату — ингибитору дигидрофолатредуктазы. В табак был введен также ген дрожжей, кодирующий алкогольдегидрогеназу. Этот ген устойчиво наследовался в мейозе у растений-регенерантов, полученных из каллусной ткани, но не экспрессировался в клетках растений. Ген, кодирующий b-глобин кролика, удалось интегрировать в геном табака. Он устойчиво наследовался в культуре каллусной ткани, но опять же не экспрессировался.
Клеточная инженерия - конструирование специальными методами клеток нового типа. Клеточная инженерия и генная инженерия - основные методы биотехнологии. Клеточная инженерия, создание клеток нового типа на основе их гибридизации, реконструкции и культивирования. В узком смысле слова под этим термином понимают гибридизацию протопластов или животных клеток, в широком – различные манипуляции с ними, направленные на решение научных и практических задач.
Клеточная инженерия – это выращивание клеток какого-либо организма на искусственных питательных средах, где эти клетки размножаются, растут и выделяют необходимые человеку вещества. Так, например, предпринимаются попытки выращивания культуры клеток желез внутренней секреции для получения гормонов.
Клеточная инженерия включает реконструкцию жизнеспособной клетки из отдельных фрагментов разных клеток, объединение целых клеток, принадлежавших различным видам (и даже относящихся к разным царствам - растениям и животным), с образованием клетки, несущей генетический материал обеих клеток, и другие операции. Клеточная инженерия используется для решения теоретических проблем в биотехнологии, для создания новых форм растений, обладающих полезными признаками и одновременно устойчивых к болезням и т. п.
Соматическими называют клетки, составляющие тело (сому) многоклеточных организмов и не принимающие участия в половом размножении. Входя в состав разнообразных тканей тела, соматические клетки каждой ткани обладают специфическими структурными, метаболическими и химическими особенностями, которые приобретаются в процессе дифференцировки. Соматические и половые клетки имеют общее происхождение, так как образуются из генетически одинаковых эмбриональных клеток, которые содержат всю генетическую информацию, необходимую для образования клеток различных типов в ходе развития организма.
Различные ткани многоклеточных организмов представляют собой популяции клеток, которые могут изменяться с возрастом и в зависимости от состояния организма. Входящие в состав таких популяций клетки в результате дифференцировки приобретают стабильные наследственные свойства соответствующего типа. Эта стабильность сохраняется даже при культивировании in vitro выделенных из организма соматических клеток. Многие генетические процессы, характерные для половых клеток, происходят и в соматических клетках (мутации, хромосомные перестройки, рекомбинации, расщепления, полиплоидизация и др.).
Изучение наследственности и изменчивости соматических клеток необходимо для решения многих важных проблем, среди которых особо следует выделить проблему старения, патологии клеток, действия на организм различных физических факторов, а также проблему дифференцировки клеток в онтогенезе и их интеграции в ткани. Генетика соматических клеток является важным разделом цитогенетики, и в этой главе будут кратко рассмотрены ее задачи, методы и основные достижения.
Проведение генетического анализа соматических клеток будет успешным, когда будут соблюдены следующие основные условия:
1) учет соматических мутаций;
2) получение потомства от одной клетки, что очень важно для любого генетического эксперимента;
3) обеспечение передачи генетической информации от одной клетки к другой. Здесь имеется в виду не только передача генетической информации от материнской клетки к дочерним в ходе деления, но и передача, аналогичная гибридизации при скрещиваниях;
4) учет расщепления в потомстве гетерозиготных соматических клеток.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему