Соматическая гибридизация, ее особенности

Протопласт - растительная клетка без оболочки. Разработан метод слияния с помощью содержимого лишенных оболочки клеток разных видов растений, а затем регенерации каллуса и полноценных растений. Полученные растения фертильны, так как их клетки несут полные диплоидные наборы хромосом обоих видов. Объединение протопластов получило название парасексуальная, или соматическая гибридизация. Наиболее результативной подобная гибридизации оказалась при слиянии протопластов растений, относящихся к различным видам в родах Brassica, Nicotiana, Petunia, Solanum

В отличие от обычной гибридизации, где сливаются половые клетки (гаметы), в качестве родительских при парасексуальной гибридизации используются диплоидные клетки растений.

Техника парасексуальной гибридизации может позволить

-скрещивание отдаленных филогенетически растений (организмов)

-получение ассимметричных гибридов, несущих генный набор одного из родителей наряду с несколькими хромосомами, органеллами или цитоплазмой другого

-слияние трех и более клеток

-получение гибридов, представляющих сумму генотипов родителей,

-перевод мутаций в гетерозиготное состояние, что позволяет получать жизнеспособные формы при слиянии протопластов, т.к. мутагенез часто дает дефектное по морфогенезу растение

-получение растений, гетерозиготных по внеядерным гена
Впервые зрелый межвидовой гибрид, полученный в результате парасексуальной гибридизации протопластов 2 сортов табака (Nicotiana glauca, c 24 хромосомами и N.langsdorfii c 18 хромосомами), описан Карлсоном в 1972 г. Каллус амфиплоидного гибрида мог расти на безгормональной среде. Гибридное растение цвело.

С тех пор были получены жизнеспособные внутривидовые, межвидовые, межродовые гибриды.

Соматические гибриды по форме листьев и кустов, размеру клубней занимали промежуточное положение между культурными и дикими растениями. Вместе с тем гибрид, полученный в результате соматической гибридизации, оказался устойчивым к вирусу "У", чем отличался от полового гибрида.

Первая попытка по созданию межродовых гибридов принадлежит Г. Мельхерсу, создавшему в 1978 году гибрид картофель + томат, так называемый томатофель. Гибрид был стерилен, морфологически аномален: толстые корни, отсутствие типичных столонов, махровые цветки.

Было еще несколько попыток получения таких гибридов, но все растения стерильны. Эти эксперименты показали ограниченность применения парасексуальной гибридизации для прикладной селекции.

Первые работы по получению межсемейственных гибридов проведены К.Као и В.Веттером в 1976-77 гг. (соя + табак). Позднее в лаборатории Ю.Ю.Глебы провели аналогичные эксперименты пасленовые + бобовые и лилейные (горошек + табак и лук + табак). И.Ф.Каневскому удалось индуцировать морфогенез стеблеподобных тератом в культуре межсемейственных гибридов N.tabacum + Vicia faba.

Практически во всех случаях наблюдалась видоспецифичная элиминация хромосом одного из родителей. В культурах межсемейственных гибридов наблюдалось много многоядерных клеток, клеток с мини ядрами, в метафазах делений встречались гигантские хромосомы. Отмечена асинхронность в расхождении родительских хромосом в анафазе. Морфогенез у такого материала отмечен не был.
Соматическая гибридизация — это метод создания неполовых гибридов путем слияния изолированных про­топластов, полученных из соматических клеток. Гибридизация со­матических клеток дает возможность не только соединить в одном ядре гены далеких видов (родов, семейств) растений, между кото­рыми невозможно половое скрещивание, но и сочетать в гибрид­ной клетке цитоплазматические гены партнеров.

Для получения гибридных клеток растений приготавливают протопласты путем разрушения клеточных стенок соответствующими ферментами. Слияния протопластов добиваются обработкой их полиэтиленгликолем (ПЭГ) или другими химическими препаратами. ПЭГ способствует агрегации протопластов. Собственно слияние мембран происходит только тогда, когда суспензию отмывают от ПЭГ раствором с высоким рН и высоким содержанием Са²⁺, которые существенно увеличивают текучесть мембран до фазового разделения и слияния.

Другим способом получения соматических гибридов является электрослияние. Слияние, индуцируемое электрическими импульсами, можно объяснить следующим образом. Импульс короткой продолжительности вызывает диэлектрическое разрушение соприкасающихся мембран протопластов. Вокруг дырки возможен обмен липидными молекулами, образование липидных мостов, что в конце концов приводит к слиянию мембран. Это энергетически более выгодное состояние, чем существование двух поврежденных мембран. Процессы, сопровождающиеся обменом липидов, отражают особенности жидкой мозаичной структуры клеточной мембраны и могут быть связаны с ее текучестью.

В отличие от полового скрещивания, где имеет место передача цитоплазмы только от материнского организма, при соматической гибридизации в образовавшемся гибриде оба партнера имеют более или менее равный цитоплазматический статус. Слияние протопластов способствует объединению двух различных цитоплазм. В большинстве исследований слияние протопластов высших растений приводит к образованию либо гибрида, либо цибрида. Цибридное растение содержит цитоплазму обоих партнеров, ядро — одного. Образование растения с гибридной цитоплазмой и органеллами обоих партнеров, но содержащее в своих клетках ядро только одного вида, возможно в том случае, если после слияния протопластов не происходит соединения ядер и одно ядро дегенерирует.

Основной недостаток метода соматической гибридизации — низкая частота регенерации соматических гибридов, особенно межвидовых и межродовых. В связи с этим соматическую гибридизацию широко применяют у видов с высоким регенерационным потенциалом in vitro, прежде всего семейств Пасленовые, Капустные, Сельдерей­ные, Лилейные.

С помощью соматической гибридизации между культурными растениями и дикими видами были получены: сорта картофеля, устойчивые к вирусным заболеваниям, фитофторозу, колорадско­му жуку; томаты, устойчивые к вирусу табачной мозаики.

56. Термины: амфигаплоид, амфидиплоид

Аллополиплоидия-механизм, в результате которого бразуются аллополиплоиды (организм, являющийся результатом скрещивания хромосомных наборов разных видов)

Подобный гибрид был получен в 20-х годах прошлого века отечественным генетиком Карпеченко при скрещивании редьки (Raphanus sativus) с капустой (Brassica oleraceae). Оба вида имеют диплоидное число хромосом(18), относятся к разным родам. Растения, получаемые в результате скрещивания почти полностью стерильны.

Но в одном скрещивании спонтанно объединились гаметы с нередуцированным числом хромосом, в результате получено растение с 2n=36(18+18) - Raphanobrassica-редечно-капустный гибрид.

С открытием колхицина получение подобных гибридов не представляет проблемы. Частным случаем аллополиплоидии является амфидиплоид.

Амфидиплоид

(от греч. amphí — с обеих сторон, diplóos — двойной и éidos — вид) (аллотетраплоид), гибридный организм, полученный скрещиванием двух разных видов (или родов) растений или животных; в его клетках сочетаются полные диплоидные наборы хромосом обоих видов (или родов). Пример амфидиплоида — ржано-пшеничный гибрид (тритикале):

Спонтанная аллополиплоидия сыграла большую роль в эволюции как диких, так и окультуренных растений.