تولید گیاهان هاپلوئید از طریق کشت بساک

تولید گیاهان هاپلوئید از طریق کشت بساک

اسلاید 1: تولید گیاهان هاپلوئید از طریق کشت بساک

اسلاید 2: منظور از کشت بساک و گرده، تولید گیاهان هاپلوئید از طریق القای آ ندوژنز در سلولهای هاپلوئید دانه ی گرده نارس است. گیاهان هاپلوئید به چند دلیل دارای اهمیت هستند. این گیاهان تنها یک دسته کروموزوم دارند و حتی موتاسیون های مغلوب در آنها تظاهر فنوتیپی دارند. متخصصان اصلاح نباتات علاقه ویژه ای به تولید گیاهان هاپلوئید دارند. زیرا که با دو برابر شدن کروموزوم ها ( به N2) چه به صورت خودبخودی یا با استفاده از مواد شیمیایی نظیر کلشی سین به گیاهان کاملاً هموزیگوس دست می یابند.بعد از ظهور گیاهچه ها از بساک می توان آنها را به مدت 24 تا 48 ساعت در کلشی سین 0/5 درصد (وزنی به حجمی) فرو برده، سپس با آب مقطر استریل شستشو داد.بعد از آن بایستی سطح هاپلوئیدی را کنترل کرد. اگر دیپلوئید حاصل نشده بود زمان فرو بردن در کلشی سین را می توان تا 96 ساعت افزایش داد و یا عمل قبلی را تکرار کرد. این گیاهان را می توان از نظر خصوصیات مطلوب گزینش کردند بدون اینکه نیازی به 3-5 نسل برای هموزیگوس کردن آنها لازم باشد، آنها را به عنوان والدین هیبرید استفاده نمود.عوامل متعددی در موفقیت کشت بساک مؤثرند. وضعیت فیزیکی گیاه و ژنوتیپ از فاکتورهای مهم هستند. معمولاً بساکهای گلهایی که زودتر از بقیه تشکیل می شوند به کشت بساک پاسخ بیشتری می دهند. البته بین ارقام نیز اختلاف وجود دارد. مرحله گرده بسیار مهم است و معمولاً مرحله تک هسته ای بیشترین پاسخ را نشان می دهد. اعمال پیش تیمار روی غنچه با گیاه کامل نیز عامل بعدی است.

اسلاید 3: این پیش تیمارها شامل تیمارهای دمایی عموماً تیمار سرمایی c°5 از چند ساعت تا 48 ساعت است. در تولید مثل جنسی، تعداد کروموزومها در اثر تقسیم میوز، نصف می شود و مجدداً در اثر لقاح گامتهای نر و ماده، دو برابر می شود. اگر میوز در یک گیاه دیپلوئید که دارای دو دسته کروموزوم x2=n2 می باشد، انجام می شود، سلولهای ایجاد شده دارای x=n کروموزوم خواهند بود. اگر چنین سلولی بدون انجام لقاح به گیاه تبدیل شود، به آن گیاه، مونوهاپلوئید اطلاق می گردد. این گیاه، فقط دارای یک دسته کروموزوم (x) خواهد بود. به طور مشابه، گیاهان تتراپلوئید که چهار دسته کروموزوم دارند، به صورت x4=n2 نشان داده می شود.اگر تعداد کروموزومهای یک گیاه مونوهاپلوئید (x=n) به طور خودبخودی یا بر اثر القا با کلشی سین، دو برابر شود، یک گیاه دیپلوئید هموزیگوس با دو دسته کروموزوم یکسان (x2=n2) تشکیل می شود. از آن جا که مونوهاپلوئیدها عقیم هستند، این دو برابر شدن، برای ایجاد باروری، بسیار مهم است. در اثر لقاح دو سلول x=n که کروموزومهای آنها غیر مشابه است، یک گیاه دیپلوئید هتروزیگوس، به وجود می آید.افراد هموزیگوس در اثر تقسیم میوز، گامتهای یکسانی تولید می کنند. اگر دو موجود هموزیگوت که از نظر ژنتیکی خیلی با هم اختلاف دارند، با همدیگر آمیزش داده شوند، نتاج آنها کاملاً یکسان، ولی هتروزیگوس خواهد بود.اصلاح کنندگان، در جستجوی گیاهان هاپلوئیدی هستند که به صورت خودبخودی یا مصنوعی تولید می شوند. تعداد گونه هایی که در شرایط این ویوو، تاکنون هاپلوئید در آنها به طور اتوماتیک انجام شده است، بیش از 100 گونه می باشد.

اسلاید 4: تولید و فراوانی بذور هاپلوئیدها در این ویوو را می توان با استفاده از تکنیکهای مختلف بهبود بخشید. ژینوژنیزز: عبارت است از ایجاد یک سلول تخم لقاح نشده در اثر تأخیر در گرده افشانی، یا گرده افشانی با گرده هایی که در معرض تشعشعات یونیزه قرار گرفته، و یا استفاده از گرده ی بیگانه، و حتی گاهی اوقات، استفاده از گرده های همان گونه. ژینوژنیزز، به ویژه در تلاقیهای بین گونه ای، مثلاً از تلاقی Solanum tuberosum وSolanum phureja سیب زمینی های دی هاپلوئید (x2=n2) تولید شده است.اندروژنیزز: در این حالت، هسته سلول تخم، قبل از لقاح، حذف، و یا غیر فعال می شود، و از توسعه ی سلول تخم که فقط دارای هسته ی نر است، گیاه هاپلوئید ایجاد می شود. حذف ژنوم در اثر تلاقیهای معین ( بین جنسها و بین گونه ها): در این نوع تلاقیها، لقاح صورت می گیرد، اما به زودی یکی از ژنومها حذف، و باعث می شود که جنین فقط دارای یک ژنوم باشد، و در نتیجه، هاپلوئید خواهد بود. مثال بارز در این مورد، انجام تلاقی بین گونه ای در Hordeum vulgar با Hordeum bulbosum است که حاصل آن، گیاه هاپلوئید Hordeum vulgare می باشد..سمی گامی: در این حالت، هسته های سلول تخم و زایشی دانه ی گرده، به طور مستقل، تقسیم می شوند، و در نتیجه ی یک گیاه شیمر هاپلوئید؛ به وجود می آید.

اسلاید 5: تیمار شیمیایی: با استفاده از ترکیبات شیمیایی تولوئن آبی، مالیک هیدرازید، اکسید نیتروز و کلشی سین می توان حذف کروموزومها را تحریک، و گیاه هاپلوئید، تولید نمود.شوک با درجه حرارتهای بالا و پایین.پرتوتابی با اشعه ایکس، یا نور ماورای بنفش.در خانواده های Cruciferae،Gramineae،Ranunculaceae جنسهای مختلف، قادر به تولید هاپلوئیدی هستند. طی چند سال گذشته، نتایج مشابهی در مورد کشت بساک در برنج، به دست آمده است.مزیت های تولید هاپلوئیدی به شرح زیر گزارش شده است:1- در نتیجه ی القای هاپلوئیدی، و به دنبال آن، دو برابر شدن کروموزومها، امکان رسیدن سریع به هموزیگوسیتی، وجود دارد، و در نتیجه، تحقیقات ژنتیکی و اصلاحی را آسانتر می کند. در شرایط هموزیگوسیتی، تفکیک ژنتیکی، ساده است و ژنهای مغلوب توسط غالب، پوشیده نخواهند شد. برای اصلاح کننده ای که با گیاهان دو پایه و خودناسازگار سروکار دارد، تولید گیاهان هموزیگوس، بسیار حائز اهمیت است. در حالت دگرگشنی هتروزیگوسیتی به دست می آید، و با وجود این که در گیاهان دگرگشن، امکان خودگشنی وجود دارد، ولی به دست آوردن هموزیگوت، به دلیل وقوع اینبردینگ، بسیار مشکل است. 2- هموزیگوسیتی، هنوز در گیاهانی نظیر درختان میوه، گیاهان غده ای و درختان جنگلی که دارای

اسلاید 6: دوره ی جوانی طولانی هستند (دوره از بذر تا گل دهی) بسیار با اهمیت است. در این گیاهان، حتی اگر امکان خودگشنی مکرر وجود داشته باشد، رسیدن به هموزیگوسیتی، فرآیند بسیار طولانی است.3- با تولید لاین های هموزیگوس، امکان تولید هیبریدهای F1خالص وجود دارد. در این صورت، جمعیت F1 در حد ممکن، یکنواخت خواهد بود.4- در هنگام کار با گیاهانی که به طور طبیعی پلی پلویید هستند، القای هاپلوییدی برای به دست آوردن سطح تریلوییدی، بسیار مفید خواهد بود، زیرا مطالعه ی توارث صفات و خصوصیات مطلوب، در سطح دیپلوییدی، خیلی راحت تر از تتراپلوییدی است؛ و این، بدان مفهوم می باشد که به این تکنیک، بویژه برای گیاهان اتوتتراپلوئید، کارآمد است.5- در اصلاح به روش موتاسیون، مونوهاپلوئیدی، از این نظر مزیت دارد که موتاسیون های مغلوبA a ) ( فوراً قابل تشخیص اند. این پدیده در مورد گیاهان دیپلوئید که موتاسیون از AA به Aa اتفاق می افتد صادق نیست. از خودگشنی گیاهان Aa تنها ¼ آنها موتانت هموزیگوس مغلوب خواهند بود.6- با القای هاپلوئیدی، و به دنبال آن، دو برابر نمودن کروموزومها در سطح وسیع امکان تولید گیاهان نر، وجود دارد. مثال مهم در این مورد، مارچوبه (Asparagus officinalis) است که عملکرد گیاهان نر، بیشتر و زودرس تر از گیاهان ماده، است. گیاهان ماده مارچوبه با XX و XY 50 درصد از گیاهان نر و 50 درصد گیاهان ماده، به دست می آید. هاپلوییدهای تولید شده از پرچمهای گیاهان نر X یاY خواهند بود.دو برابر کردن کروموزومهای Y سبب تولید گیاهان سوپرنر YY می شود، که می توان آنها

اسلاید 7: را از طیق تکثیر رویشی، ازدیاد نمود. اگر گیاه با ژنوتیپ XX با گیاه با ژنوتیپ YY تلاقی یابد، تنها گیاهان نرXY به دست خواهد آمد.7- استفاده از کلشی سین برای تولید مصنوعی هموزیگوت در شرایط این ویوو، با مشکلاتی همراه است، که این مشکلات، در روش این ویترو، وجود ندارد. 8- برای انجام هیبریداسیون سوماتیکی، کار کردن با پروتوپلاسمهای هاپلویید، بسیار راحت تر از کارکردن با پروتوپلاسمهای دیپلوئید است. امتزاج دو دیپلوئید، باعث ایجاد تتراپلوئید می شود.برای اصلاح کنندگان گیاه، صرف تولید گیاه مونوهاپلوئید، به دلیل عقیمی آن، مهم نیست، ابتدا بایستی تعداد کروموزومهای آن را دو برابر نمود تا بارور شوند. برای دو برابر نمودن تعداد کروموزومهای هاپلوئید در این ویترو، دو روش وجود دارد:1- به صورت خودبخودی یا اندومیتوز2- استفاده از کلشی سین

اسلاید 8: به دست آوردن گیاهان هاپلوئید در این ویترودر منابع علمی مواد اولیه مورد نیاز برای به دست آوردن هاپلویید در این ویترو به شرح زیر گزارش شده است:1- بساک: تاکنون اکثر محققین برای تولید هاپلوییدی از کشت بساک در محیط کشت جامد یا مایع2- دانه ی گرده: از این روش، به دلیل مسائل تکنیکی، کمتر استفاده شده است.3- گل آذین، که معمولاً در محیط کشت مایع، کشت داده می شود. از این روش که ابتدا در جو استفاده شده است، به ویژه در سایر گونه ها و علفهای چمنی، که گلهای آنها کوچک می باشد، مفید است.4- کشت جنین: به طور مثال در تلاقی بین Hordeum vulgare با H. Bulbosum لقاح صورت می گیرد، ولی بلافاصله پس از آن، کروموزومهای H.bulbosum حذف می شود، و یک جنین هاپلوئید از H.vulgar که اندوسپرم آن رشد نکرده، به دست می آید، که بدون کشت جنین، جنین سقط می شود.5- لقاح کاذب:هسی و واگنر (1974) در شرایط این ویترو Mimulus luteus را با گرده ی گیاه غیر خویشاوندTorenia fournieri گرده افشانی کردند و از سلول هاپلوئید Mimulus یک گیاه هاپلوئید را به وجود آوردند.

اسلاید 9: 6- تولید تخمکهای لقاح نیافته بدون گرده افشانی کاذب: به نظر می رسد که مزیت اصلی کشت تخمک، این است که اکثر گیاهان باززایی شده، سبز بوده و از نظر ژنتیکی با ثبات تر هستند.روش دیگر القای هاپلوییدی، تلفیقی از دو روش پرتوتابی گامتوفیتی و کشت تخمدان است. در Petunia گرده افشانی گیاهان حاصل از کشت تخمدان در این ویترو، با دانه های گرده پرتوتابی شده، تا کنون مؤثرترین روش بوده است. دانه های گرده اشعه دیده، نه تنها باعث تحریک ژینوژنیزز می شوند، بلکه در لقاح نیز نقش دارند.به طور خلاصه می توان گفت که اکثر گیاهان هاپلویید حاصل از روش این ویترو، از کشت بساک، و یا گاهی اوقات، از کشت دانه گرده، به دست آمده اند. تا کنون، اندروژنیزز، مهمترین منبع تولید گیاهان هاپلوئید در این ویترو، می باشد. این امر بسیار مهم است، زیرا دانه های گرده، به تعداد قابل ملاحظه ای در دسترس می باشند و می توانند هر کدام بطور جداگانه، به گیاه هاپلوئید، تبدیل شوند. کشت دانه ی گرده، علی رغم مشکلات تکنیکی آن، در مقایسه با کشت بساک، دارای مزایای زیر می باشد:1- شانس باززایی گیاهان دیپلوئید2- بساک به عنوان مانعی برای انتقال مواد غذایی از محیط کشت نیست.3- با حذف بساک، مواد ممانعت کننده ی رشد ( آبسزیک ایسد و مواد سمی) 4- از تشکیل کالوس حاصل از بساکها، می توان اجتناب کرد، و در نتیجه شیمرهای کمی تولید خواهد شد. اگر کالوس از یک دانه گرده به وجود آید، ژنوتیپ آن مشابه می باشد، در صورتی که اگر کالوس