Biologie
Biotehnologii de obtinere a hibrizilor intra-specifici, inter-specifici si inter-generici
Biotehnologii de obtinere a hibrizilor intra-specifici,
inter-specifici si inter-generici
Definitii:
Biotehnologiile - totalitatea tehnicilor care
utilizeaza organisme vii, sau componente ale acestora pentru
a obtine sau a modifica produse, pentru a ameliora plante si
animale, sau pentru a produce microorganisme cu utilizari specifice.
Hibrizi intra-specifici - hibrizi
obtinuti din hibridari efectuate intre indivizi apartinand
aceleasi specii
Hibrizi inter-specifici - hibrizi
obtinuti din hibridari efectuate intre indivizi apartinand
unor specii diferite
Hibrizi inter-generici - hibrizi
obtinuti din hibridari efectuate intre indivizi apartinand
unor genuri diferite
Pentru
ameliorarea plantelor si implicit obtinerea de noi genotipuri
posedand caractere dorite de ameliorator si cerute pe piata, se
utilizeaza tehnica hibridarii.
Succesul
in orice activitate de ameliorare si obtinere de noi genotipuri la
plante depinde in mod esential de:
a modul de valorificare a variatiei genetice existente in
populatie inainte de efectuarea oricarui
experiment, trebuie sa se cunoasca gradul de variabilitate
genetica a caracterelor din populatia/tiile luate in studiu
si sa se identifice indivizii care vor fi utilizati la
hibridare;
a utilizarea recombinarii genice, prin metode clasice de hibridare si
selectie, sau metode neconventionale de hibridare implica studiul modalitatilor prin care se
realizeaza hibridarea, din care se vor obtine cu
eficienta maxima un numar minim de noi indivizi hibrizi;
a selectia
genotipuri noi obtinute prin metoda de recombinare utilizata,
genotipuri care sa prezinte o configuratie favorabila de
caracterelor (asa cum isi propusese amelioratorul).
Hibridarea a fost
utilizata din cele mai vechi timpuri pentru obtinerea de noi soiuri
si intotdeauna a avut ca rezultat cresterea gradului de
variabilitate genetica in populatiile de plante prin incorporarea
genelor care codifica caracterele dorite.
Metodele clasice de hibridare constau in efectuarea de
hibridari controlate, intre plante selectionate de ameliorator. Etapele
polenizarii controlate:
Alegerea liniilor parentale
pentru efectuarea hibridarii, in scopul obtinerii de plante hibride
cu caractere utile, dorite de ameliorator (productie mai mare, calitate a
fructelor, sau semintelor, uniformitate, rezistenta mai
buna la boli, daunatori, sau factori de stres abiotici).
De la planta
'tata', se colecteaza intr-un recipient (tub de
sticla, punga de hartie, vas Petry) anterele cu polen, sau numai
polenul prin aspirare, sau intreaga inflorescenta.
La planta 'mama'
se elimina staminele (pentru a nu se realiza auto-polenizarea), iar apoi,
cand stigmatul este deschis, se scutura pe floare (sau
inflorescenta) polenul colectat de la planta 'tata'.
Floarea (inflorescenta)
'mama' este apoi impungita.
Periodic se scutura punga
cu polen care acopera floarea (inflorescenta) polenizata.
Aceste metode clasice nu dau intotdeauna
rezultatele scontate initial, datorita unor bariere naturale, cum ar
fi:
1. Nu se realizeaza recombinarea genetica intre
partenerii alesi. Aceasta poate fi
datorita unor deficiente ale proceselor pre-zigotice, din etapele
anterioare fecundarii.
insuficientei omologii intre cromozomii speciilor care se
incruciseaza;
nesincronizarii etapelor de gametogeneza la
partenerii care se
utilizeaza la incrucisare;
deficientelor fiziologice ale diferentierii
si dezvoltarii gametofitulu ♂
sau
♀
2. Avortarea embrionilor zigotici
rezultati din hibridarile efectuate
intre diferite genotipuri, inainte de a atinge maturitatea morfologica
si fiziologica necesare pentru germinarea semintelor. In acest
caz ne referim la deficiente ale proceselor post-zigotice, dupa
fecundare.
Fenomenul
avortarii embrionilor are ca rezultat o frecventa extrem de
scazuta a semintelor viabile si, prin urmare, se
obtine o proportie foarte mica de noi genotipuri hibride.
Pentru depasirea
acestor bariere naturale care afecteaza anumite specii/genotipuri, au fost
elaborate mai multe tehnologii care au ca finalitate obtinerea de plante
hibride:
u fecundarea in
vitro
u cultura de embrioni imaturi
stil
|
Structura
unei stamina Structura unei
carpele
|
|
Organe reproductive la
plante
|
|
u hibridarea somatica
FECUNDAREA IN VITRO
Aceasta tehnica
consta in efectuarea fecundarii celulelor ovariene in afara plantei
mama. Procedeul implica in primul rand o buna cunoastere a procesului
de formare a ovulului si a modalitatilor de control a
gametogenezei si embriogenezei.
Modul
de lucru:
De la planta
aleasa ca genitor patern - se detaseaza mugurii floriferi in
etapa de pre-anteza (inainte de inflorit). Muguri se sterilizeaza,
iar apoi, la hota cu flux laminar se excizeaza anterele, care sunt plasate
pe un mediu de cultura cu compozitie simpla, sau in apa
sterila, pentru a elibera polenul. Acest polen este utilizat apoi la
polenizare.
Da la planta aleasa
ca genitor matern - mugurii floriferi se recolteaza inainte, sau in timpul
antezei, se sterilizeaza, iar apoi la hota se elimina elementele
florale ♂ pastrand intacte ovarul cu pistilul. Se efectueaza
polenizarea pistilului cu polenul de la genitorul patern (trecandu-se pistilul
prin mediul de cultura in care s-a eliberat polenul), iar apoi se
plaseaza ovarul pe mediu de cultura cu compozitie adecvata
pentru formarea embrionului.
Fecundarea are loc in
decurs de 1-3 zile. Ovulele cu embrioni sunt transferate periodic pe mediu
proaspat, cu compozitie imbunatatita, care
asigura dezvoltarea embrionilor si parcurgerea etapelor de
crestere si germinare a plantulelor hibride.
Aplicatii ale
fecundarii in vitro la plante
obtinerea de hibrizi inter-specifici
si inter-generici care nu exista in natura. Ex: - plante ca
genitor matern - Melandrium album
si M. rubrum au fost polenizate in vitro cu polen provenind de la 15
specii diferite, apartinand la patru genuri diferite (Caryophylaceae, Cruciferae, Solanaceae, Campanulaceae). Procedand
in acest fel, s-au obtinut hibrizi inter-specifici si intergenerici
2. obtinerea de plante horticole, care pastreaza
caracterele culorii si formei florilor la specii auto-incompatibile.
Ex: la Petunia axilaris si P. hybrida, care sunt auto-incompatibile
(adica nu se polenizeaza cu polen propriu) se pot obtine plante
cu aceeasi culoare a petalelor numai prin cultivarea in vitro a ovulelor, care au fost polenizate cu polen propriu.
Fecundarea a avut loc dupa 2 zile de cultura, iar plantele
obtinute au fost normale, fertile,
auto-incompatibile si cu petale de aceeasi culoare cu a plantelor
materne.
3. obtinerea de haploizi
prin efectuarea de polenizari in
vitro, utilizand polen abortiv (imatur), sau iradiat, sau tratat chimic.
Haploizi se pot obtine deasemenea si prin fecundare in vitro intre specii foarte
indepartate filogenetic. Ex: Mimulus
luteus polenizat cu polen de la Torenia
fournieri - s-au obtinut haploizi de Mimulus luteus in proportie de 1%.
CULTURA EMBRIONILOR IMATURI
(SALVAREA EMBRIONILOR, sau RECUPERAREA EMBRIONILOR)
Este o tehnica in vitro utilizata de peste 70 ani
si are scopul de a obtine plante hibride din embrioni care in alte
conditii nu ar supravietui.
Leibach in 1925 a folosit prima data cultura de embrioni zigotici
pentru a obtine hibrizi intre Linum
perenne si L. austriacum. Mai tarziu van Overbeek (1941) a descoperit
importanta anumitor aditivi (azotului redus, sub forma de amino-acizi)
din compozitia mediilor de cultura pentru salvarea embrionilor
imaturi. Astfel, el a cultivat embrioni hibrizi de Datura pe medii de
cultura cu compozitie deosebita, ce contineau lapte de
nuca de cocos si a reusit regenerarea de plante hibride.
Incepand cu anii '40 cultura de embrioni zigotici
imaturi a fost utilizata pentru:
intelegerea aspectelor fiziologice ale
dezvoltarii embrionilor zigotici
depasirea perioadei de latenta a
semintelor - la unele specii de pomi fructiferi, sau specii ornamentale, germinarea
embrionilor din seminte necesita o perioada de latenta
de cativa ani. Exemple extreme sunt cele referitoare la semintele
descoperite in relicve istorice: vase scufundate din antichitate (langa
Tokio - vechime aprox. 3000ani), semintele din mormantul lui Tutankhamen. Pe
medii artificiale de cultura au germinat semintele si au fost
obtinute plante viabile.
scurtarea perioadei necesare pentru ameliorare
testarea viabilitatii semintelor
salvarea embrionilor hibrizi imaturi rezultati din
incrucisari intre specii incompatibile.
Mod de lucru:
Sterilizarea nu pune, in general, probleme deoarece embrionii
se gasesc in interiorul ovulului intr-un mediu steril. Pentru
initierea culturilor de ovule purtatoare de embrioni hibrizi, se
sterilizeaza ovarele, sau ovarele, iar embrionii sunt excizati
aseptic.
Se pot initia
culturi de: ovule continand embrioni, sau culturi de embrioni, sau de segmente
embrionare.
Disectia ovarelor
continand embrioni mici poate
pune probleme. Se efectueaza cu instrumente adecvate prin microdisectie.
Este important ca in timpul acestei operatiuni embrionii sa nu se
deshidrateze.
Excizia - la capatul micropilar al ovulului se face
o incizie prin care se scoate embrionul prin presare capatului opus.
Operatiunea trebuie executata cu mare atentie pentru a nu
rani embrionul.
Factori
importanti de care trebuie sa se tina cont pentru
reusita regenerarii de plante hibridei:
Genotipul plantei - embrionii unor specii pot evolua si diferentia
usor in cultura in vitro.
Pretabilitatea pentru cultura embrionilor imaturi difera intre specii, dar
si in cadrul aceleasi specii, intre soiuri.
Dimensiunea embrionilor - cu cat marimea embrionilor este mai mica, cu
atat dificultatea tehnicii este mai mare. De aceea, mai ales in cazul
embrionilor imaturi recoltati la cateva zile dupa fecundare, se
impune cultivarea embrionilor in ovulo, adica
embrioni in interiorul ovulelor.
Lumina - in general este recomandata pastrarea vaselor de cultura
cu embrioni imaturi la intuneric,
pana la germinarea embrionilor (3-8 saptamani, in functie
de specie)
Temperatura optima difera de la o specie la alta. In
general se asigura in camera de cultura o temperatura
constanta de 25-30°C. Embrionii unor specii necesita temperaturi mai
scazute pentru a iesi din faza de latenta Ex: Lilium are nevoie de 17°C. Uneori,
pentru declansarea germinarii embrionilor cultivati in vitro, este necesar un soc
termic de 2-3 zile la 4°C.
Mediul de cultura - este cel
mai important factor pentru reusita culturii de embrioni. Alegerea
mediului trebuie facuta astfel incat sa asigure cresterea
continua a embrionului. Cele mai folosite medii de baza sunt Murashige
Skoog (MS) si Gamborg (B5). Cerintele nutritionale depind de
faza de dezvoltare a embrionului (heterotrofa - inainte de germinare, sau
autotrofa - dupa germinare).
a)
In
perioada heterotrofa, in mod normal embrionul imatur depinde de endosperm
si de tesutul matern care il inconjoara. Ca urmare, pentru
cultura in vitro, este necesar un mediu
mai complex si care asigura o presiune osmotica mai mare (adica
are in compozitie o cantitate mai mare de glucide, respectiv de 5-12 %). Mediul
trebuie sa fie imbogatit cu vitamine, aminoacizi, hormoni
si extracte naturale (extract de drojdie, extract de malt, lapte de
nuca de cocos).
b)
In
faza autotrofa, dupa germinare in
vitro, embrionii maturi pot
creste pe un mediu anorganic simplu, suplimentat cu o sursa de carbon
(azotat de amoniu, de potasiu, anioni de malat, aminoacizi - asparagina,
glutamina). Pentru stimularea cresterii si diferentierii
plantulelor din embrionii germinati se foloseste in mod curent
hidrolizatul de cazeina, sau prolina, sau serina si glutamina. Sursa
de energie pentru mediile de cultura este asigurata de zaharoza,
in concentratie de 2-3%.
De obicei, pentru culturile de embrioni (in vitro, sau in ovulo) se utilizeaza medii semi-solide sau solide,
continand agar in concentratie de 1,5-7%.
Aplicatii practice ale
culturii de embrioni
salvarea embrionilor rezultati din hibridari
inter-specifice si inter-generice, sau a celor care nu se matureaza
in conditii naturale. Acesta este cazul unor soiuri de mar, par,
struguri, care formeaza fructe timpuriu si foarte timpuriu.
Deasemenea, in cazul
hibridarilor intre soiuri din care cel putin unul din parteneri este
apiren (care nu formeaza seminte), la care embrionii isi opresc
dezvoltarea in stadii timpurii si avorteaza. In acest caz nu se mai
formeaza samanta, care sa contina embrion
si practic este imposibil de obtinut plante hibride prin metode
clasice.
salvarea embrionilor triploizi (la speciile si
soiurile care sunt triploide, sau in cazul hibridarilor intre specii cu
numar diferit de seturi de cromozomi 2n x 4n)
in scopul regenerarii de plante haploide din cultura
embrionilor haploizi
depasirea latentei semintelor si
germinarea precoce
determinarea in laborator a viabilitatii
semintelor
studiul aspectelor de embriogeneza zigotice
obtinerea plantelor din seminte care nu
germineaza in mod natural - la speciile cu inmultire vegetativa.
Ex: bananierul si colocasia.
 |
|
Biologie
|
|
|
Analize pe aceeasi tema
|
|
| Ramai informat |
Informatia de care ai nevoie
Acces nelimitat la mii de documente. Online e mai simplu. |
Contribuie si tu!
Adauga online documentul tau.
|
|
|
| |
