Somatická fúze - Somatic fusion - Wikipedia

Tavený protoplast (vlevo) s chloroplasty (z listové buňky) a barevná vakuola (z okvětního lístku).

Somatická fúze, také zvaný fúze protoplastů, je typ genetická úprava v rostlinách, při kterých jsou dva odlišné druhy rostlin spojeny dohromady a vytvoří nový hybridní rostlina s vlastnostmi obou, a somatický hybrid.^[1] Hybridy byly produkovány buď mezi různými odrůdami stejného druhu (např. Mezi nekvitnoucími brambor rostlin a kvetoucích rostlin bramboru) nebo mezi dvěma různými druhy (např. mezi pšenicí Triticum a žito Secale k výrobě Triticale ).

Použití somatické fúze zahrnuje zvýšení odolnosti rostlin bramboru nemoc bramborových listů.^[2] Díky somatické fúzi byla plodina brambor Solanum tuberosum - jehož výtěžek je výrazně snížen virovým onemocněním přenášeným mšicemi vektor - je spojen s divokým bramborem bez hlíz Solanum brevidens, který je vůči této nemoci odolný. Výsledný hybrid má chromozomy obou rostlin a je tedy podobný polyploidní rostliny. Somatickou hybridizaci poprvé představili Carlson et al. v Nicotiana glauca.^[3]

Proces pro rostlinné buňky

Proces somatické fúze probíhá ve čtyřech krocích:^[4]

Odstranění buněčné stěny jedné buňky každého typu rostliny pomocí celuláza enzym k produkci a somatická buňka volal a protoplast
Buňky se poté fúzují pomocí elektrického šoku (elektrofúze) nebo chemickým zpracováním, aby se buňky spojily a jádra se spojily. Výsledek se spojil jádro je nazýván heterokaryon.
Tvorba buněčné stěny je poté indukována použitím hormony
Buňky se poté pěstují do mozoly které se pak dále rozrostou rostlinky a nakonec k plné rostlině známé jako somatický hybrid.

Postup pro semenné rostliny je popsán výše, fúze mech protoplasty lze iniciovat bez úrazu elektrickým proudem, ale za použití polyethylenglykol (KOLÍK). Dále mechové protoplasty nepotřebují fytohormony pro regenerace, a netvoří a mozol.^[5] Místo toho se chovají regenerační mechové protoplasty klíčení mech výtrusy.^[6] Další poznámky dusičnan sodný lze použít iont vápníku při vysokém pH, i když výsledky jsou různé v závislosti na organismu.^[7]

Aplikace hybridních buněk

Somatické buňky různých typů lze fúzovat za získání hybridních buněk. Hybridní buňky jsou užitečné různými způsoby, např.

i) studovat kontrolu nad buněčné dělení a genová exprese,

ii) vyšetřovat maligní transformace,

(iii) získat virová replikace,

(iv) pro gen nebo mapování chromozomů a pro

v) výroba monoklonální protilátky produkcí hybridom (hybridní buňky mezi imortalizovanou buňkou a protilátka produkující lymfocytů ), atd.

Mapování chromozomů hybridizací somatických buněk je v zásadě založeno na fúzi lidských a myš somatické buňky. Obecně lidské fibrocyty nebo leukocyty jsou spojeny s myší nepřetržitě buněčné linie.

Když lidské a myší buňky (nebo buňky jakýchkoli dvou savčí stejného druhu) jsou smíšené, spontánní buněčná fúze dochází velmi nízkou rychlostí (10–6). Buněčná fúze je zvýšena 100 až 1000krát přidáním ultrafialový deaktivován Sendai (parainfluenza) virus nebo polyethylenglykol (KOLÍK).

Tito agenti dodržují plazmatické membrány buněk a měnit jejich vlastnosti takovým způsobem, který usnadňuje jejich fúzi. Fúze dvou buněk produkuje heterokaryon, tj. Jedinou hybridní buňku se dvěma jádry, z nichž každá z buněk vstupuje do fúze. Následně se tato dvě jádra také spojí, čímž se získá hybridní buňka s jediným jádrem.

Obecné schéma hybridizace somatických buněk lze popsat následovně. Vhodné lidské a myší buňky jsou vybrány a smíchány dohromady v přítomnosti inaktivovaného viru Sendai nebo PEG, aby se podpořila fúze buněk. Po určité době se buňky (směs lidských, myších a „hybridních“ buněk) umístí na a selektivní médium, např. HAT médium, který umožňuje násobení pouze hybridních buněk.

Několik klony (každá odvozená z jedné hybridní buňky) hybridních buněk jsou tedy izolovány a podrobeny oběma cytogenetický a vhodné biochemické analýzy pro detekci enzym / protein /vlastnost vyšetřován. Nyní je učiněn pokus korelovat přítomnost a nepřítomnost znaku s přítomností a nepřítomností znaku a lidský chromozom v hybridních klonech.

Pokud existuje perfektní korelace mezi přítomností a nepřítomností lidského chromozomu a znakem v hybridních klonech se předpokládá, že gen, který danou vlastnost řídí, je umístěn v příslušném chromozomu.

HAT médium je jedním z několika selektivních médií používaných pro výběr hybridních buněk. Toto médium je doplněno hypoxanthin, aminopterin a thymidin, odtud název HAT médium. Antimetabolit aminopterin blokuje buňky biosyntéza z puriny a pyrimidiny z jednoduché cukry a aminokyseliny.

Normální lidské a myší buňky se však mohou stále množit, protože mohou využívat hypoxanthin a thymidin přítomné v médiu prostřednictvím záchranná cesta, který běžně recykluje puriny a pyrimidiny produkované degradací nukleové kyseliny.

Hypoxanthin se převádí na guanin enzymem hypoxanthin-guanin fosforibosyltransferáza (HGPRT), zatímco thymidin je fosforylovaný podle thymidinkináza (TK); jak HGPRT, tak TK jsou enzymy záchranné dráhy.

Na médiu HAT mohou proliferovat pouze ty buňky, které mají aktivní enzymy HGPRT (HGPRT +) a TK (TK +), zatímco ty, které mají nedostatek těchto enzymů (HGPRr- a / nebo TK-), se nemohou dělit (protože nemohou produkovat puriny a pyrimidiny kvůli aminopterinu přítomnému v médiu HAT).

Pro použití média HAT jako selektivního agenta lidské buňky použité pro fúzi musí být deficitní buď pro enzym HGPRT nebo TK, zatímco myší buňky musí být deficitní pro druhý enzym tohoto páru. Lze tedy fúzovat lidské buňky s deficitem HGPRT (označené jako TK + HGPRr-) s myšími buňkami s nedostatkem TK (označované jako TK-HGPRT +).

Jejich fúzní produkty (hybridní buňky) budou TK + (kvůli člověku) gen ) a HGPRT + (kvůli myšímu genu) a budou se množit na médiu HAT, zatímco lidské a myší buňky tak neučiní. Podobným způsobem lze plánovat experimenty s jinými selektivními médii.

Charakteristika somatické hybridizace a cybridizace

Somatická buněčná fúze se jeví jako jediný prostředek, prostřednictvím kterého jsou dva různé rodiče genomy může být rekombinováno mezi rostlinami, které nemohou rozmnožovat se sexuálně (nepohlavní nebo sterilní).
Protoplasty sexuálně sterilní (haploidní, triploidní, a aneuploid ) rostliny lze fúzovat a produkovat úrodné diploidy a polyploidy.
Fúze somatických buněk překonává bariéry sexuální nekompatibility. V některých případech našli somatické hybridy mezi dvěma nekompatibilními rostlinami uplatnění také v průmysl nebo zemědělství.
Fúze somatických buněk je užitečná při studiu cytoplazmatických genů a jejich aktivit a tyto informace lze použít pěstování rostlin experimenty.

Mezioborové a mezigenerické úspěchy fúze

Přejít	Zkřížené s
Oves	Kukuřice
Brassica sinensis	B. oleracea
Torrentia fourneri	T. bailloni
Brassica oleracea	B. campestris
Datura innoxia	Atropa belladonna
Nicotiana tabacum	N. glutinosa
Datura innoxia	D. candida
Arabidopsis thaliana	Brassica campestris
Petunia hybrida	Vicia faba

Tabulka: Referenční číslo 5 Poznámka: Tabulka uvádí pouze několik příkladů, křížků je mnohem více. Možnosti této technologie jsou velké; ne všechny druhy se však snadno dají do protoplastové kultury.

Reference

^ Sink, K. C .; Jain, R. K.; Chowdhury, J. B. (1992). "Hybridizace somatických buněk". Vzdálená hybridizace rostlinných plodin. Monografie o teoretické a aplikované genetice. 16: 168–198. doi:10.1007/978-3-642-84306-8_10. ISBN 978-3-642-84308-2.
^ Helgeson JP, Hunt GJ, Haberlach GT, Austin S (1986). „Somatické hybridy mezi Solanum brevidens a Solanum tuberosum: exprese genu rezistence k pozdní plísni a rezistence bramborových listů“. Rep. Rostlinných buněk. 5 (3): 212–214. doi:10.1007 / BF00269122. PMID 24248136.
^ Hamill, John D .; Cocking, Edward C. (1988). „Somatická hybridizace rostlin a její využití v zemědělství“. Biotechnologie rostlinných buněk. 18: 21–41. doi:10.1007/978-3-642-73157-0_3. ISBN 978-3-642-73159-4.
^ Torrence, James (2008). „Vyšší biologie“ (2. vyd.). Hodder Gibson. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc).
^ Solvey Rother, Birgit Hadeler, José M. Orsini, Wolfgang O. Abel, Ralf Reski (1994): Osud a mutant makro chloroplast u somatických hybridů. když je brambor hybridizován s rajčaty, místo aby získal jeden znak, vystaví oba znaky a získá novou rostlinu nazvanou Pomato Journal of Plant Physiology 143, 72-77. [1]
^ SC Bhatla, Justine Kiessling, Ralf Reski (2002): Pozorování indukce polarity cytochemickou lokalizací fenylalkylamin -vazba receptory regenerující se protoplasty z mech Physcomitrella patens. Protoplasma 219, 99-105. [2]
^ Mahesh. Molekulární biotechnologie rostlin. 2009. Kniha.

[1] Sink, K. C .; Jain, R. K.; Chowdhury, J. B. (1992). "Hybridizace somatických buněk". Vzdálená hybridizace rostlinných plodin. Monografie o teoretické a aplikované genetice. 16: 168–198. doi:10.1007/978-3-642-84306-8_10. ISBN 978-3-642-84308-2.

[2] Helgeson JP, Hunt GJ, Haberlach GT, Austin S (1986). „Somatické hybridy mezi Solanum brevidens a Solanum tuberosum: exprese genu rezistence k pozdní plísni a rezistence bramborových listů“. Rep. Rostlinných buněk. 5 (3): 212–214. doi:10.1007 / BF00269122. PMID 24248136.

[3] Hamill, John D .; Cocking, Edward C. (1988). „Somatická hybridizace rostlin a její využití v zemědělství“. Biotechnologie rostlinných buněk. 18: 21–41. doi:10.1007/978-3-642-73157-0_3. ISBN 978-3-642-73159-4.

[4] Torrence, James (2008). „Vyšší biologie“ (2. vyd.). Hodder Gibson. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc).

[5] Solvey Rother, Birgit Hadeler, José M. Orsini, Wolfgang O. Abel, Ralf Reski (1994): Osud a mutant makro chloroplast u somatických hybridů. když je brambor hybridizován s rajčaty, místo aby získal jeden znak, vystaví oba znaky a získá novou rostlinu nazvanou Pomato Journal of Plant Physiology 143, 72-77. [1]

[6] SC Bhatla, Justine Kiessling, Ralf Reski (2002): Pozorování indukce polarity cytochemickou lokalizací fenylalkylamin -vazba receptory regenerující se protoplasty z mech Physcomitrella patens. Protoplasma 219, 99-105. [2]

[7] Mahesh. Molekulární biotechnologie rostlin. 2009. Kniha.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]