| |||||
ÌÅÍÞ
| Ñîâðåìåííàÿ ãåíåòèêàplant?. Probabil c? nu numai mutogeneza ?i selec?ia plantelor de mare randament, dar ?i hibridizarea celulelor din diferite plante are perspective frumoase ?i promite în viitor crearea unor cloni supraproductivi prin metodele ingineriei celulare. Avantajul esen?ial pe care îl prezint? ob?inerea produselor de valoare prin intermediul culturilor celulare const? în faptul c? recoltele nu sunt limitate de timp, sezon ?i clim?. Culturile celulare au fost înc? pu?in studiate ca produc?tori ai substan?elor obi?nuite cu activitate fiziologic? ?i ca analogii ale lor, care pot avea o activitate mai înalt?. ?i înc? un detaliu: celulele cultivate sunt, de fapt, o materie prim? nou?, care trebuie studiat? pentru a se eviden?ia compu?i activi neobi?nui?i, care n-au fost descoperi?i înc? în natur?. Primele încerc?ri de separare au condus la descoperirea substan?elor cu activitate antivirotic? anticancerigen?, fitoncid?. Sper?m c? cercet?rile acestea se vor solda cu succes. Una dintre variantele de utilizare a culturilor celulare pentru ob?inerea pe cale industrial? a produselor de valoare este folosirea lor pentru transformarea biologic? a precursorului neactiv într-un produs activ. Precum vedem, industria celulelor vegetale se afl? la început de cale. De ea ?in, îns?, multe orient?ri de perspectiv? în domeniul cercet?rilor ?i, nu încape îndoial?, c? are un mare viitor. 12.3 Hibridarea celulelor somatice ?i ob?inerea hibrizilor asexua?i Hibridizarea este un fenomen foarte r?spândit în natur?. To?i indivizii de aceea?i specie se încruci?eaz? liber între ei ?i dau o descenden?? fecund?. Deaceea putem alege pentru încruci?are reprezentan?i ai diferitelor linii, care se deosebesc dup? anumite caractere de valoare, pentru a-i îmbina în descenden?a hibrid?. Aceast? încruci?are între diferitele linii de plante ale aceleia?i specii poart? numele de hibridizare intraspecific?. Ea se produce mereu în natur?. Mult mai rar se încruci?eaz? plantele ce apar?in la diferite specii ?i cu atât mai pu?in la diferite genuri, iar dac? aceasta se întâmpl? , ace?ti hibrizi îndep?rta?i sunt sterili. Totodat?, hibridizarea îndep?rtat? este unica metoda eficace prin intermediul c?reia se realizeaz? cu succes «ingineria selec?ionar?» a plantelor. Perspective deosebit de largi se deschid în fa?a hibridiz?rii îndep?rtate la încruci?area plantelor culturi cu cele s?lbatice, când selec?ionatorul realizeaz? transmiterea programat? a unor caractere valoroase din punct de vedere genetic ale speciilor s?lbatice ?i cultivate unui nou hibrid. Dac? la o hibridizare obi?nuit? în limitele unei specii nu apare nimic nou în principiu, la hibridizarea îndep?rtat? se formeaz? plante cu totul noi, nemaiv?zute, pe care le putem numi, pe bun? dreptate, specii noi. Formele ob?inute pe aceast? cale reunesc propriet??ile a dou? specii ?i genuri sau chiar a mai multora ?i prezint? un fond de acumul?ri a materialului genetic, cu ajutorul c?ruia se poate «construi» în continuare, crea noi specii, variet??i ?i soiuri. Precum se ?tie, în celulele sexuale ale plantelor ?i animalelor se afl? o garnitur? unic? (haploid?) de cromozomi. La diferitele specii num?rul de cromozomi este diferit, dar el este constant la fiecare specie. De exemplu, celulele sexuale ale grâului moale con?in 21 de cromozomi, ale grâului tare — 14, ale sec?rii —7 ?. a. m. d. Fiecare cromozom este purt?torul unei anumite garnituri de gene. Prin contopirea celulei paterne cu cea matern? care poart? câte o garnitur? de cromozomi se formeaz? zigotul cu o garnitur? dubl?. O garnitur? dubl? cap?t? ?i fiecare celul? a germenului ?i a organismului matur. Savan?ii au înv??at s? manipuleze dup? dorin?a lor cromozomii, s? m?reasc? sau s? reduc? garniturile de cromozomi ale celulelor. În procesul experiment?rii ei pot s? m?reasc? de dou? sau de trei ori num?rul de garnituri cromozomice ale unei specii (acest fenomen a fost denumit autopoliploidie); s? reuneasc? într-o celul? garniturile cromozomice ale diferitelor specii (alopoliploidia); s? ob?in? organisme cu un num?r ordinar de cromozomi (haploidia), precum ?i s? substitue o anumit? pereche de cromozomi cu alta, s? insereze cromozomi suplimentari sau fragmentele lor aparte, luate din alt soi ?i chiar din alt? specie. Aceste metode de manipulare a materialului genetic au fost numite inginerie cromozomic?. Ele sunt utilizate tot mai pe larg în practica selec?iei plantelor. Nu încape îndoial? c? importan?a ingineriei cromozomice va cre?te tot mai mult pe m?sura perfec?ion?rii metodelor ei. Se cunosc experien?ele savantului G. D. Carpecenco, care a ob?inut pe aceste c?i un hibrid fertil din diferite specii: varz? ?i ridiche — rafanobrasica. Îns?, din p?cate, acest hibrid intergenic n-a prezentat interes practic. Iat? un alt exemplu: se ?tie c? dintre toate culturile cerealiere secara este cea mai rezistent? la frig ?i cea mai nepreten?ioas? fa?? de sol. Spicul ei este mai productiv, decât cel al grâului. Selec?ionatorii ?i-au pus drept scop s? încruci?eze grâul cu secara ?i s? ob?in? o cultur? cerealier? absolut nou?. Se prevedea unirea într-o singur? plant? hibrid? a celor mai bune caractere ale grâului ?i ale sec?rii. Acest hibrid intergenic (el a fost numit triticale — de la îmbinarea cuvintelor latine triticum— grâu ?i secale — secar?) se ob?ine prin încruci?area grâului cu secara, dublându-le în continuare garnitura de cromozomi la hibrid, tratând celulele lui cu alcaloidul colhicina. Astfel cromozomii de grâu ?i secar? devin dubli ?i restabilesc fertilitatea triticalei. Triticale este primul gen de plant? ob?inut în mod artificial, având o mare valoare practic?. În diferite ??ri s-au ob?inut de acum multe varia?ii ale acestor plante. Cele mai frumoase rezultate în acest domeniu le-au ob?inut V. Pisarev, A. ?ulândin ?i N. ?i?in împreun? cu colegii lor. Deosebit de valoros s-a dovedit a fi triticale cu 42 de cromozomi (dintre care 28 de grâu ?i 14 de secar?). În ce const? valoarea triticalei? Cele mai bune soiuri ale acestei culturi de peste hotare dau tot atâtea gr?un?e ca ?i grâul de toamn? moale, dar ele se deosebesc printr-un con?inut sporit de protein?, prin înalte propriet??i de panifica?ie a f?inii. Afar? de aceasta, triticale este mai rezistent? la boli decât grâul. Gr?un?ele ei con?in mai mult aminoacid indispensabil — lizin?, cu toate c? aceast? cultur? înc? nu ocup? terenuri mari, mul?i savan?i consider? c? anume triticalele sunt pâinea viitorului. Se presupune c? recolta celor mai bune din formele ei va fi în mediu de 70—80 centale la hectar. Academicianul N. V. ?i?in a emis o alt? idee neobi?nuit?: de a încruci?a grâul cu du?manul lui înr?it — cu pirul. De ce oare savantul a ales din atâtea plante tocmai buruiana a c?rei numire în traducere din latin? e «pojarul câmpurilor». Acest gramineu s?lbatic posed? multe propriet??i de valoare, pe care n-ar strica s? le aib? grâul. El suport? minunat gerul de 50—55 de grade, nu sufer? de boli, iar gr?un?ele-i con?in 28—30 procente de protein?, de dou? ori mai mult decât cele mai bune soiuri de grâu. Ob?inerea hibrizilor de grâu-pir (HGP) nu numai c? este un lucru complicat, dar mai necesit? ?i un volum mare de munc?. Primul mare obstacol este, precum în cazul cu triticale, sterilitatea hibrizilor. Se cer multe bra?e de munc?, de aceea vara la cultivarea lor particip? ?i ?colarii. Ei separ? staminele de grâu, apoi izoleaz? spicul, iar peste dou?-trei zile pun pe stigmatul grâului polenul de pir. Toamna apar ni?te semin?e pl?pânde, mici, care nu seam?n? nici cu grâul, nici cu pirul. Anul urm?tor ele se seam?n? ?i cresc plante noi. Sunt sterile, în anterele lor aproape nu se formeaz? polen. Florile hibridului trebuie deja poleniza-te cu polenul grâului. Pentru a ob?ine un gr?unte e nevoie s? se polenizeze 400 de flori. Hibrizii de genera?ia a doua se autopolenizeaz?, iar spicul seam?n? ba cu cel al pirului, ba cu cel al grâului sau e ceva între grâu ?i pir. Hibrizii de genera?ia a treia au multe spice de tipul grâului, dea- ceea în continuare se selecteaz? numai plantele necesare. Pe baza hibrizilor de grâu-pir au fost create multe soiuri de perspectiv? de grâu de toamn?. Unul dintre acestea este Odin?ovscaia-75. El cre?te bine pe solurile podzolice, este atacat de dou? ori mai pu?in de bolile criptogamice ?i d? o recolt? de aproape 70 centale la hectar. Odin?ovscaia- 75 a fost ob?inut? prin încruci?area hibridului PPG-186 cu Bezostaia-4 ?i Mironovscaia-808. Ea a mo?tenit de la «p?rin?ii» s?i tot ce aveau ace?tia mai bun. Odin?ovscaia se coace repede, are spice ?i boabe mari. Are ?i propriet??i de panifica?ie minunate. Odin?ovscaea are protein? cu un procent mai mult decât celelalte soiuri de grâu. Numai cu un procent. Pare pu?in. De fapt, îns?, aceast? cifr? minuscul? d? un surplus de 5—6 centale de gr?un?e la hectar. Sub conducerea direct? a lui N. V. ?i?in au fost create ?i prezint? o deosebit? importan?? pentru teorie ?i practic? hibrizii ob?inu?i din trei genuri de plante: grâu, pir ?i secar?. Aceast? îmbinare intensific? caracterul multianual al soiurilor de grâu multianual din contul sec?rii multianuale. Celulele somatice ale acestor hibrizi «tripli» con?in câte 35 de cromozomi: 7 — de secar? de la hibridul multianual de secar?, 7 — de pir de la pirul multianual ?i 21 — de grâu de la grâul multianual, Aceste plante sunt puternice, formeaz? câte 30—37 de spice pe o tulpin?, tipul lor de dezvoltare este multianual, sunt foarte rezistente la bolile bacteriale ?i criptogame, dar sunt sterile — nu formeaz? boabe. Dup? ce au fost tratate cu colhicin? s-au ob?inut plante cu 70 de cromozomi ?i cu flori fertile. Se efectueaz? lucr?ri interesante de încruci?are îndep?rtat? a grâului cu graminee s?lbatice (cu elimus), pentru a ridica brusc productivitatea formelor hibride. Dup? încruci??ri complicate ?i în multe etape ale elimusului moale cu grâul tare ?i grâul moale au fost ob?inu?i hibrizi cu 42 de cromozomi, care formeaz? semin?e dup? autopolenizare. Aceste forme de var? ale plantelor au un spic puternic, care dep??e?te uneori 18 cm în lungime. El este capabil s? sus?in? 120 ?i chiar mai multe boabe mari, ro?ii, sticloase. Bobul are un procent foarte mare de protein? — 21—24% în compara?ie cu 12—15% la soiurile obi?nuite de grâu, iar gluten brut în f?in? — aproape 50—55%. Din aceast? f?in? se coace pâine de calitate înalt?, asem?n?toare cu cea coapt? din f?in? de grâu. Putem afirma c? datorit? metodelor de hibridizare interspecific? a fost creat? înc? o cultur? nou?, care în viitorul apropiat va ocupa un loc destoinic printre principalele culturi cerealiere. Precum se vede, posibilit??ile ingineriei de selec?ie, de reconstruire a plantelor agricole pe baza hibridiz?rii îndep?rtate sunt cu adev?rat nelimitate. O direc?ie foarte interesant? ?i de perspectiv? a cercet?rilor în acest domeniu este transmiterea de la plantele s?lbatice a unor cromozomi aparte sau a fragmentelor lor plantelor cultivate. Savantul american E. Sirs a transferat înc? în anul 1956 cu ajutorul razelor rentghen un fragment de cromozom al gramineului s?lbatic eghilops în cromozomul grâului, asigurând astfel grâului gradul de rezisten?? fa?? de rugina neagr? a frunzelor proprii plantei s?lbatice. În ultimul timp la «construirea» plantelor o importan?? tot mai mare o au cercet?rile cu protopla?ti izola?i. În acest domeniu savan?ii din fosta URSS au ocupat cele mai avansate pozi?ii în lume. Aceste metode au fost studiate fundamental ?i perfec?ionate de un grup de savan?i de la Institutul de fiziologie a plantelor al A? al fostei URSS, condus de R. Butenco. Protopla?tii pot fi ob?inu?i din orice organ al plantei, dar în majoritatea cazurilor ei sunt separa?i din frunzele verzi. La început frunzele sunt supuse steriliz?rii, apoi sunt tratate cu fermen?i speciali (celulaza, pectinaza ?. a.) care dizolv? anvelopa groas? :a celulelor, dup? care con?inutul lor viu r?mâne înv?luit într-o membran? sub?ire plazmatic?. Sunt celulele «goale» sau protopla?tii. Dup? izolare protopla?tii sunt transfera?i într-un mediu solid — în geloz?, unde peste câteva ore începe s? se formeze peretele celulei. Prima diviziune a celulelor noi începe, de obicei, peste 3—5 zile, a doua — peste o s?pt?mân?, iar peste înc? o s?pt?mân? se formeaz? aglomera?ii de celule, apoi apare ?i callusul. Pentru ca planta s? regenereze, celulele de callus se tranefer? într-un mediu cultural special, care contribuie la diferen?ierea organelor. În ultimii ani, din protopla?tii izola?i au fost ob?inute plante de tutun, morcov, grâu, maz?re, vi??-de-vie ?. a. Pentru regenerarea unei plante întregi de tutun din protopla?ti e nevoie de 7—10 s?pt?mâni. Cultivarea protopla?tilor prezint? un mare interes pentru ingineria genetic?. În primul rând, pentru c? cu ajutorul lor se pot înmul?i repede exemplare întregi de plant?, deoarece din fiecare celul? se poate ob?ine un întreg organism. Dac? dintr-un gram de frunze verzi se pot separa aproximativ dou? milioane de protopla?ti, se creaz? posibilit??i nelimitate pentru clonarea plantelor, fapt ce are o mare importan?? economic?. Întreaga descenden?? ob?inut? din protopla?tii unei singure plante este identic? din punct de vedere genetic, de aceea aceast? metod? de înmul?ire face posibil? men?inerea pentru un timp nelimitat a propriet??ilor de valoare ale plantelor cultivate, ceea ce nu se poate ob?ine prin înmul?irea sexuat? obi?nuit?. În rândul al doilea, ?i aceasta prezint? cea mai mare importan??, cu ajutorul protopla?tilor se pot ob?ine a?a-zi?ii hibrizi asexuali sau somatici ai diferitelor forme de plante, care nu pot fi crea?i prin nici o alt? metod?. Schema general? a hibridiz?rii celulelor somatice ?i de ob?inere prin ele a hibrizilor asexuali este prezentat? în des. 28. Esen?a acestei tehnologii const? în faptul c? drept materie ini?ial? de construc?ie se utilizeaz? nu celulele sexuale, ci celulele somatice. Dup? ce se îndep?rteaz? de pe ele membranele dure, acestea sunt silite s? se contopeasc?. Din celulele hibride, ap?rute în urma contopirii, se ob?in apoi plante hibride. Protopla?tii, datorit? lipsei membranei de celuloz?, pot s? se contopeasc? singuri între ei sau acest proces se produce în prezen?a unor agen?i chimici, bun?oar? a polietilenglicolului. Dup? contopirea celulelor urmeaz? contopirea nucleelor lor, apoi, în câteva zile, se restabile?te membrana celular? comun? ?i, în sfâr?it, celula hibrid? începe s? se divizeze. În anul 1972 un grup de savan?i americani, în frunte cu P. Carlson, au ob?inut primii hibrizi celulari prin contopirea protopla?tilor a dou? soiuri de tutun. Din celulele contopite au regenerat plante hibride normale— amfidiploide, care con?ineau cromozomii ambilor p?rin?i, 24 de la nicotiana glauca ?i 18 de la nicotiana langsdorfi: în total 2n = 42. S-a constatat c? plantele hibride, ob?inute prin metoda contopirii protopla?tilor, nu se deosebesc prin nimic de cele ob?inute prin hibridizare sexual?. Un grup de savan?i englezi, în frunte cu E. Cocching, au ob?inut în anul 1987 plante hibride prin încruci?area a dou? specii de petunie. Colaboratorii laboratorului de cultivare a celulelor ?i ?esuturilor de la Institutul de fiziologie a plantelor al A? a fostei URSS, în frunte cu R, Butenco, au ob?inut hibrizi somatici din încruci?area a dou? soiuri de tutun, iar, datorit? muncii în comun a savantului sovietic IU. Gleb ?i savantului german F. Hofman, a fost creat? o plant? nou? — arabidobrassica. ?i ea a fost ob?inut? prin hibridizarea somatic? a arabidopsisului ?i a uneia din speciile de varz? s?lbatic?. Noul hibrid a fost crescut în trei etape. La început, dup? contopirea protopla?tilor celulelor somatice ale arabidopsisului ?i a verzei au fost ob?inute celule hibride, care aveau cromozomii ambelor plante ini?iale. Apoi prin înmul?irea unor celule hibride aparte în condi?iile cultiv?rii sterile în medii nutritive solide, care con?ineau geloz?, vitamine, substan?e minerale ?i fitohormoni (auxina ?i chinina), au fost ob?inu?i callu?ii liniilor celulare respective. În sfâr?it, în etapa a treia, schimbând componen?a mediilor nutritive, se provoca stimularea celulelor callusului pentru morfogenez?. Datorit? acestei stimula?ii, celulele hibride ale unor linii formau numai r?d?cina, ale alteia — numai l?starii, ale celor din urm? — plante întregi cu r?d?cini, l?stari ?i flori. Dar plantele înflorite ale arabidobrassicii nu erau capabile de polenizare. Reproducerea ?i înmul?irea lor este posibil? numai pe cale vegetativ? în condi?iile cultiv?rii ?esuturilor. Cercet?rile în domeniul ingineriei celulare a plantelor au atins stadiul când se poate vorbi despre utilizarea acestei noi metode de hibridizare la selec?ionarea practic? a plantelor, cu toate c? în acest caz n-au fost studiate înc? definitiv particularit??ile principale ale «comportamentului» genelor, a fost dovedit c? hibridizarea somatic?, spre deosebire de cea sexual?, l?rge?te mult limitele încruci??rii. Hibridizarea celulelor somatice ?i-a dovedit de acum eficacitatea. Prin ea au fost ob?inu?i hibrizi interspecifici ai cartofului, tomatelor, turnepsului, verzei cu rudele lor s?lbatice, precum ?i hibrizi ai tutunului ?i mahorc?i, tomatului ?i cartofului, care prezint? un material ini?ial de valoare pentru selectarea în viitor a unor soiuri noi. Astfel la una din experien?e savan?ii au utilizat protopla?tii unei specii s?lbatice ?i a unei specii cultivate de cartofi — soiul Prieculischii timpuriu. Acest soi are tuberculi mari, dar este predispus la boli. Cartoful s?lbatic are tuberculi foarte mici, dar este rezistent la diferite boli. Aceste specii se deosebesc ?i dup? m?rimea protopla?tilor, ?i dun? num?rul cromozomilor. Ce propriet??i s-au ob?inut la hibrizii somatici? Dac? compar?m forma frunzelor, a tufelor ?i m?rimea tuberculilor, acestea ocup? parc? o pozi?ie intermediar? între speciile cultivate ?i cele s?lbatice. Tot a?a se întâmpla ?i la hibridizarea obi?nuit?, pe cale sexual?, a acestor plante. Dar hibridul ob?inut din protonla?ti s-a dovedit a fi rezistent la una din bolile virotice grave — la fitoftoroz?. În cursul ultimilor ani s-au ob?inut celule hibride prin contopirea protopla?tilor ?i încruci?ând reprezentan?ii unor specii foarte îndep?rtate: p?pu?oiul cu ov?sul, morcovul cu tutunul, morcovul cu petuniea, p?pu?oiul cu soia, maz?rea cu soia ?. a. m. d., dar din aceste celule hibride nu s-au ob?inut înc? plante întregi. Hibridizarea celulelor somatice, în afar? de solu?ionarea problemelor practice, deschide posibilit??i absolut noi în ce prive?te studierea unei astfel de probleme ?tiin?ifice fundamentale, precum este interac?iunea între nucleu, citoplasm? ?i organitele celulei. Pân? nu demult înc? Ñòðàíèöû: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34 |
ÈÍÒÅÐÅÑÍÎÅ | |||
|