Современная генетика

randament, dar ?i hibridizarea celulelor din diferite plante are

perspective frumoase ?i promite оn viitor crearea unor cloni

supraproductivi prin metodele ingineriei celulare.

Avantajul esen?ial pe care оl prezint? ob?inerea produselor de valoare

prin intermediul culturilor celulare const? оn faptul c? recoltele nu sunt

limitate de timp, sezon ?i clim?.

Culturile celulare au fost оnc? 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 оnalt?. ?i оnc? 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 оnc?

оn natur?. Primele оncerc?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 оntr-un produs activ.

Precum vedem, industria celulelor vegetale se afl? la оnceput de cale. De

ea ?in, оns?, multe orient?ri de perspectiv? оn domeniul cercet?rilor ?i,

nu оncape оndoial?, c? are un mare viitor.

12.3 Hibridarea celulelor somatice ?i ob?inerea hibrizilor asexua?i

Hibridizarea este un fenomen foarte r?spвndit оn natur?. To?i indivizii

de aceea?i specie se оncruci?eaz? liber оntre ei ?i dau o descenden??

fecund?. Deaceea putem alege pentru оncruci?are reprezentan?i ai

diferitelor linii, care se deosebesc dup? anumite caractere de valoare,

pentru a-i оmbina оn descenden?a hibrid?. Aceast? оncruci?are оntre

diferitele linii de plante ale aceleia?i specii poart? numele de

hibridizare intraspecific?. Ea se produce mereu оn natur?. Mult mai rar se

оncruci?eaz? plantele ce apar?in la diferite specii ?i cu atвt mai pu?in la

diferite genuri, iar dac? aceasta se оntвmpl? , ace?ti hibrizi оndep?rta?i

sunt sterili.

Totodat?, hibridizarea оndep?rtat? este unica metoda eficace prin

intermediul c?reia se realizeaz? cu succes «ingineria selec?ionar?» a

plantelor. Perspective deosebit de largi se deschid оn fa?a hibridiz?rii

оndep?rtate la оncruci?area plantelor culturi cu cele s?lbatice, cвnd

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? оn limitele unei specii nu apare nimic

nou оn principiu, la hibridizarea оndep?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» оn

continuare, crea noi specii, variet??i ?i soiuri.

Precum se ?tie, оn 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 grвului moale con?in 21 de cromozomi, ale

grвului 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? cвte 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 оnv??at s? manipuleze dup? dorin?a lor cromozomii, s?

m?reasc? sau s? reduc? garniturile de cromozomi ale celulelor. Оn 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? оntr-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 оn practica selec?iei plantelor. Nu оncape

оndoial? 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. Оns?, 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, decвt cel

al grвului. Selec?ionatorii ?i-au pus drept scop s? оncruci?eze grвul cu

secara ?i s? ob?in? o cultur? cerealier? absolut nou?. Se prevedea unirea

оntr-o singur? plant? hibrid? a celor mai bune caractere ale grвului ?i

ale sec?rii.

Acest hibrid intergenic (el a fost numit triticale — de la оmbinarea

cuvintelor latine triticum— grвu ?i secale — secar?) se ob?ine prin

оncruci?area grвului cu secara, dublвndu-le оn continuare garnitura de

cromozomi la hibrid, tratвnd celulele lui cu alcaloidul colhicina. Astfel

cromozomii de grвu ?i secar? devin dubli ?i restabilesc fertilitatea

triticalei.

Triticale este primul gen de plant? ob?inut оn mod artificial, avвnd o

mare valoare practic?. Оn diferite ??ri s-au ob?inut de acum multe varia?ii

ale acestor plante. Cele mai frumoase rezultate оn acest domeniu le-au

ob?inut V. Pisarev, A. ?ulвndin ?i N. ?i?in оmpreun? cu colegii lor.

Deosebit de valoros s-a dovedit a fi triticale cu 42 de cromozomi (dintre

care 28 de grвu ?i 14 de secar?).

Оn ce const? valoarea triticalei? Cele mai bune soiuri ale acestei

culturi de peste hotare dau tot atвtea gr?un?e ca ?i grвul de toamn? moale,

dar ele se deosebesc printr-un con?inut sporit de protein?, prin оnalte

propriet??i de panifica?ie a f?inii. Afar? de aceasta, triticale este mai

rezistent? la boli decвt grвul. Gr?un?ele ei con?in mai mult aminoacid

indispensabil — lizin?, cu toate c? aceast? cultur? оnc? nu ocup? terenuri

mari, mul?i savan?i consider? c? anume triticalele sunt pвinea viitorului.

Se presupune c? recolta celor mai bune din formele ei va fi оn mediu de

70—80 centale la hectar.

Academicianul N. V. ?i?in a emis o alt? idee neobi?nuit?: de a оncruci?a

grвul cu du?manul lui оnr?it — cu pirul. De ce oare savantul a ales din

atвtea plante tocmai buruiana a c?rei numire оn traducere din latin? e

«pojarul cвmpurilor». Acest gramineu s?lbatic posed? multe propriet??i de

valoare, pe care n-ar strica s? le aib? grвul. 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 decвt cele mai bune soiuri de grвu.

Ob?inerea hibrizilor de grвu-pir (HGP) nu numai c? este un lucru

complicat, dar mai necesit? ?i un volum mare de munc?. Primul mare obstacol

este, precum оn 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 grвu, apoi izoleaz? spicul, iar peste dou?-trei zile

pun pe stigmatul grвului polenul de pir. Toamna apar ni?te semin?e

pl?pвnde, mici, care nu seam?n? nici cu grвul, nici cu pirul. Anul urm?tor

ele se seam?n? ?i cresc plante noi. Sunt sterile, оn anterele lor aproape

nu se formeaz? polen. Florile hibridului trebuie deja poleniza-te cu

polenul grвului. 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 grвului sau e ceva оntre grвu

?i pir. Hibrizii de genera?ia a treia au multe spice de tipul grвului, dea-

ceea оn continuare se selecteaz? numai plantele necesare.

Pe baza hibrizilor de grвu-pir au fost create multe soiuri de perspectiv?

de grвu 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 оncruci?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 decвt celelalte soiuri de grвu. Numai cu un procent. Pare

pu?in. De fapt, оns?, 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: grвu, pir ?i secar?. Aceast? оmbinare intensific?

caracterul multianual al soiurilor de grвu multianual din contul sec?rii

multianuale.

Celulele somatice ale acestor hibrizi «tripli» con?in cвte 35 de

cromozomi: 7 — de secar? de la hibridul multianual de secar?, 7 — de pir de

la pirul multianual ?i 21 — de grвu de la grвul multianual, Aceste plante

sunt puternice, formeaz? cвte 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 оncruci?are оndep?rtat? a grвului

cu graminee s?lbatice (cu elimus), pentru a ridica brusc productivitatea

formelor hibride. Dup? оncruci??ri complicate ?i оn multe etape ale

elimusului moale cu grвul tare ?i grвul 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 оn

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% оn compara?ie cu

12—15% la soiurile obi?nuite de grвu, iar gluten brut оn f?in? — aproape

50—55%. Din aceast? f?in? se coace pвine de calitate оnalt?, asem?n?toare

cu cea coapt? din f?in? de grвu.

Putem afirma c? datorit? metodelor de hibridizare interspecific? a fost

creat? оnc? o cultur? nou?, care оn 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 оndep?rtate sunt cu adev?rat

nelimitate.

O direc?ie foarte interesant? ?i de perspectiv? a cercet?rilor оn 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 оnc? оn anul 1956 cu ajutorul razelor rentghen un fragment de

cromozom al gramineului s?lbatic eghilops оn cromozomul grвului, asigurвnd

astfel grвului gradul de rezisten?? fa?? de rugina neagr? a frunzelor

proprii plantei s?lbatice.

Оn ultimul timp la «construirea» plantelor o importan?? tot mai mare o au

cercet?rile cu protopla?ti izola?i. Оn acest domeniu savan?ii din fosta

URSS au ocupat cele mai avansate pozi?ii оn 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 оn

majoritatea cazurilor ei sunt separa?i din frunzele verzi. La оnceput

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?mвne оnv?luit оntr-o membran? sub?ire plazmatic?.

Sunt celulele «goale» sau protopla?tii.

Dup? izolare protopla?tii sunt transfera?i оntr-un mediu solid — оn

geloz?, unde peste cвteva ore оncepe s? se formeze peretele celulei. Prima

diviziune a celulelor noi оncepe, de obicei, peste 3—5 zile, a doua — peste

o s?pt?mвn?, iar peste оnc? o s?pt?mвn? se formeaz? aglomera?ii de celule,

apoi apare ?i callusul.

Pentru ca planta s? regenereze, celulele de callus se tranefer? оntr-un

mediu cultural special, care contribuie la diferen?ierea organelor. Оn

ultimii ani, din protopla?tii izola?i au fost ob?inute plante de tutun,

morcov, grвu, maz?re, vi??-de-vie ?. a.

Pentru regenerarea unei plante оntregi de tutun din protopla?ti e nevoie

de 7—10 s?pt?mвni.

Cultivarea protopla?tilor prezint? un mare interes pentru ingineria

genetic?. Оn primul rвnd, pentru c? cu ajutorul lor se pot оnmul?i repede

exemplare оntregi de plant?, deoarece din fiecare celul? se poate ob?ine un

оntreg 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?.

Оntreaga descenden?? ob?inut? din protopla?tii unei singure plante este

identic? din punct de vedere genetic, de aceea aceast? metod? de оnmul?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 оnmul?irea

sexuat? obi?nuit?.

Оn rвndul 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? оn des. 28.

Esen?a acestei tehnologii const? оn faptul c? drept materie ini?ial? de

construc?ie se utilizeaz? nu celulele sexuale, ci celulele somatice. Dup?

ce se оndep?rteaz? de pe ele membranele dure, acestea sunt silite s? se

contopeasc?. Din celulele hibride, ap?rute оn urma contopirii, se ob?in

apoi plante hibride.

Protopla?tii, datorit? lipsei membranei de celuloz?, pot s? se

contopeasc? singuri оntre ei sau acest proces se produce оn prezen?a unor

agen?i chimici, bun?oar? a polietilenglicolului. Dup? contopirea celulelor

urmeaz? contopirea nucleelor lor, apoi, оn cвteva zile, se restabile?te

membrana celular? comun? ?i, оn sfвr?it, celula hibrid? оncepe s? se

divizeze.

Оn anul 1972 un grup de savan?i americani, оn 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: оn 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, оn frunte cu E. Cocching, au ob?inut оn anul

1987 plante hibride prin оncruci?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, оn frunte cu R,

Butenco, au ob?inut hibrizi somatici din оncruci?area a dou? soiuri de

tutun, iar, datorit? muncii оn 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 оn trei

etape. La оnceput, 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 оnmul?irea unor celule

hibride aparte оn condi?iile cultiv?rii sterile оn 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. Оn

sfвr?it, оn etapa a treia, schimbвnd 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 оntregi cu

r?d?cini, l?stari ?i flori. Dar plantele оnflorite ale arabidobrassicii nu

erau capabile de polenizare. Reproducerea ?i оnmul?irea lor este posibil?

numai pe cale vegetativ? оn condi?iile cultiv?rii ?esuturilor.

Cercet?rile оn domeniul ingineriei celulare a plantelor au atins stadiul

cвnd se poate vorbi despre utilizarea acestei noi metode de hibridizare la

selec?ionarea practic? a plantelor, cu toate c? оn acest caz n-au fost

studiate оnc? definitiv particularit??ile principale ale «comportamentului»

genelor, a fost dovedit c? hibridizarea somatic?, spre deosebire de cea

sexual?, l?rge?te mult limitele оncruci??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 оn 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? оntre speciile cultivate ?i cele s?lbatice. Tot a?a se

оntвmpla ?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?.

Оn cursul ultimilor ani s-au ob?inut celule hibride prin contopirea

protopla?tilor ?i оncruci?вnd reprezentan?ii unor specii foarte

оndep?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 оnc? plante оntregi.

Hibridizarea celulelor somatice, оn afar? de solu?ionarea problemelor

practice, deschide posibilit??i absolut noi оn ce prive?te studierea unei

astfel de probleme ?tiin?ifice fundamentale, precum este interac?iunea

оntre nucleu, citoplasm? ?i organitele celulei. Pвn? nu demult оnc?

selec?ia ?i genetica nu aveau posibilitatea de a reconstrui genele

organelelor citoplasmei, deoarece prin оncruci?area obi?nuit? ele se

mo?tenesc numai de la mam?. Fiind lipsite de genele citoplasmitice ale

organismului patern, оntre ele nu se poate produce nici o recombina?ie. Pe

de alt? parte, aceste gene sunt responsabile de o serie de procese practice

importante. Ingineria celular? ofer? pentru оntвia dat? posibilitatea de a

manipula ?i cu aceste gene.

12.4 Transferul interspecific al genelor

Ingineria genic? ca mijloc de creare ?i transferare a genelor noi e cea

mai potrivit? pentru practicarea metodelor ne tradi?ionale оn selec?ia

plantelor cultivate.

Ca оnceput al ingineriei genice a plantelor poate fi considerat?

descoperirea vectorului natural al plazmidei mari оn bacteriile de sol

Agrobacterium tumefaciens, care provoac? la plantele dicotiledonate

Страницы: 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