植物细胞全能性ppt课件

1、。植物细胞全能性，徐晓阳2011201043，全能性：植物的每个细胞都包含了物种的所有遗传信息，因此具有发育成完整植物的遗传能力。在合适的条件下，任何细胞都可以发育成新的个体。植物细胞全能性是植物组织培养的理论基础。1.植物细胞全能性的早期研究；2.植物细胞全能性理论的实验证据；5.前景。4.植物细胞全能性的应用(组织培养)；3.植物细胞全能性的调节机制；德国植物生理学家戈特利布哈贝兰德，1854-1945年1。关于植物细胞全能性的早期研究，goteleb haberland t，植物组织培养：自goteleb haberland t以来的100年，植物组织培养史，分子生物技术卷37，第2期，

2、169-180，doi : 10.1007/s 12033-007-0031-3，小叶芝麻的栅栏细胞、凤眼莲叶柄的木质部骨髓细胞、廖飞草和荨麻的腺毛细胞、土草紫鸭的雄蕊绒毛细胞等。尽管这些培养的细胞可以合成淀粉，增大体积并存活数周，但没有细胞分裂发生。主要原因是他选择的实验材料和培养基不合适。在未来的研究中，培养基组成的研究将成为组织培养研究或植物细胞全能性研究的一个突破。从20世纪30年代到50年代，随着维生素B的应用，生长素和细胞分裂素的发现，为完善植物的培养基组成和组织培养奠定了基础。1957年，Skoog和Miller提出了植物激素控制器官形成的概念，指出烟草髓组织培养中根和芽的分化取

3、决于生长素和细胞分裂素的相对浓度，高比例促进生根，低比例促进芽的分化。1962年，村上春树和斯科格提出了适合烟草组织培养的MS培养基，该培养基已成为当今应用最广泛的培养基。这些研究为通过实验证明植物细胞的全能性奠定了坚实的基础。植物细胞全能性理论的实验证据，要证明植物细胞的全能性，需要解决两个问题，一个是单细胞在体外的增殖，另一个是由单细胞增殖的组织发育成完整的植物。第一个问题在细胞培养装置开发后得到解决，先后开发了四种培养方法：摇瓶培养、平板培养、悬浮培养和悬滴培养。在细胞培养的基础上，Reinert和Steward (Reinert和Steward，1958)报道了悬浮培养的胡萝卜细胞和愈

4、伤组织形成体细胞胚，并首次通过实验科学地证明了植物细胞的全能性。胡萝卜(Reinert和Steward，1958)，烟草(Vasi，1965)，花药培养(Guha和Maheswari，1966)，原生质体培养(Nagata和Takebe，1971)，3。植物细胞全能性的调控机制，以及植物细胞全能性的确认，促进了植物组织培养及相关研究领域的发展。在茎尖和愈伤组织培养的研究中，我国有700多种植物可以进行离体再生。然而，植物细胞全能性的调控机制尚不清楚，这吸引了人们从细胞学和分子生物学的角度进行研究。3.1细胞学研究，即植物体细胞全能性的表达，需要诱导分化成熟细胞去分化为分生组织细胞，然后诱导分生

5、组织或愈伤组织分化不定芽或体细胞胚，最后形成完整的植物。在胡萝卜培养细胞体细胞胚胎发生的研究中，发现有感受态细胞。感受态细胞是指在培养的初始阶段外植体细胞可以被诱导形成形态发生的细胞。胡萝卜的感受态细胞可分为以下几类：B状态细胞、直径约12m的球形细胞和液泡化细胞；c状态细胞，球形细胞，胞质丰富，直径约12 m；d-状态细胞，长且空泡化的细胞。在B细胞的细胞壁中有阿拉伯半乳聚糖(AGP)，但在C细胞中没有AGP。McCabe (1997)等人利用能够识别糖类抗原簇的单克隆抗体JIM8进行细胞免疫荧光技术，揭示了胡萝卜感受态细胞的产生、生长和发育过程。B状态细胞的细胞壁可以用JIM8抗体标记(深

6、灰色)。当B状态细胞的细胞壁显示出极性时，只有一半的B状态细胞可以用JIM8抗体标记，并开始细胞分裂，形成不能用JIM8标记的C状态细胞和完全用JIM8标记的F状态细胞。c-状态细胞是胚胎感受态细胞，它与来自B-状态细胞的信号分子反应形成胚胎决定细胞，并继续发育成体细胞胚。f-状态细胞逐渐萎缩，变成G-状态细胞，最后死亡。(麦凯布，1997)。3.2分子生物学研究发现，从成熟细胞去分化开始，一些基因的表达就与细胞的形态发生或全能性有关。在许多与体细胞胚胎发生相关的蛋白质和基因克隆的研究中，发现在植物细胞中获得胚性感受力中起作用的基因是体细胞胚胎发生受体激酶(SERK)，其表达被认为是胚性细胞的

7、标志。1997年，Schmidt等人从胡萝卜下胚轴的胚胎细胞培养物中分离出一个编码LRR-RLK的cDNA克隆，该克隆在体细胞胚胎发生过程中首次在胚胎发生单细胞中表达，因此被命名为体细胞胚胎发生受体样蛋白激酶(serk)基因。嘿。SERK基因家族：DcSerk at SERK 1-at serk 5 zmser k1-zmser k3osserk 1-osser k2 ghser k1-ghser k3tcserk mtser k 1-mtser k 21，serk基因结构，dcserk首先在培养7天的胚胎发生培养物中表达。下胚轴培养5天后，开始出现扩大的细胞。第7天，一些来源于增殖细胞团表面

8、原始血管组织的扩大细胞开始表达SERK。在随后的培养过程中，一些小细胞团也表达SERK，所有这些细胞发育成成年胚胎。原位杂交结果表明，SERK的表达与“感受态细胞”的出现在时间和数量上密切相关。逆转录聚合酶链反应后的Southern杂交也表明SERK的表达与外植体中感受态细胞的出现有密切的相关性，SERK被认为是感受态细胞的标记。含有受体样激酶的富含亮氨酸的重复序列标志着能够形成胚胎的体细胞植物细胞，Development 124，2049-2062 (1997)，Ed D. L. Schmidt，Flavia古佐，Marcel A. J. Toonen和Sacco C. de Vries等，

9、SERK不仅在胚胎发生细胞中表达，也在一些非胚胎发生细胞中表达。AtSERK1不仅在早期合子胚和培养的胚胎细胞中广泛表达，而且在雌性配子体、孢子体原基周围的细胞层、表皮细胞和根和叶的成熟维管组织中也广泛表达，并且仅在合子胚发育的心形阶段表达。TcSERK的表达与ZmSERK2和MtSERK1相似，在合子胚和体细胞胚的整个发育过程中都有表达。TcSERK不仅在胚性愈伤组织和增生胚中大量表达，在叶片中也有少量表达，但在根、花瓣和退化雄蕊中没有表达信号。SERK基因的表达受到调控，不同的植物有特定的表达模式，一些SERK基因在体细胞胚胎发生过程中短暂表达，表明SERK基因的表达可能受到严格调控。Ki

10、m等人培养了具有高胚胎发生率和低胚胎发生率的苜蓿细胞，并发现在添加了细胞分裂素类似物BAP(6-苄基氨基嘌呤)和生长素类似物NAA(1-萘乙酸)的培养基中，MtSERK1的表达水平可在2天内显著增加，并且诱导持续至少5周。然而，在不含任何植物生长物质的培养基中，MtSERK1的表达水平在2天后迅速下降，这表明BAP和NAA可能参与了MtSERK1表达的诱导或维持。上述结果表明，植物生长物质参与了SERK基因表达的调控，不同植物可能存在不同的调控机制。在SERK基因表达的负调控机制中，对拟南芥AtSERK1的研究最为清楚。AMP1蛋白可能在调节AtSERK1的表达中起负作用，因为amp1突变体比

11、AtSERK1过表达更能提高体细胞胚胎发生率；AtSERK1在amp1突变体中的表达水平远高于野生型。胚状体萌发后，AMP1蛋白的逐渐积累与AtSERK1表达的减少或消失是一致的。AMP1蛋白是谷氨酸羧肽酶，具有清除小分子和小信号肽分子的功能，而AtSERK1蛋白的n端具有信号肽的特性，这可能是AMP1蛋白负调控AtSERK1表达的分子机制。SERK基因的其他可能功能：SERK参与孢子体发育：拟南芥serk1或serk2的单突变不会引起孢子体发育的任何异常表型，但serk1serk2的双突变会导致孢子体发育不完全或雄性不育。serk1serk2双突变体的孢子形成细胞产生的小孢子母细胞只能经历减

12、数分裂至四分体阶段，然后母细胞消失，导致完全雄性不育。SERK参与植物病害防御：奥赛克1是LRR-RLKs之一，它不仅能被稻瘟病菌感染诱导表达，还参与水稻对稻瘟病菌的抗性。稻瘟菌侵染水稻后诱导奥赛克1表达，其表达与水稻抗病性有质的关系。SERK可能与非减数分裂植物的孤雌生殖有关：SERK和使徒。草地早熟禾无融合生殖的候选基因，植物生理学，2005年8月。serk的信号转导。serk蛋白具有细胞外受体结合域、跨膜域和细胞内激酶活性域的典型特征，能够独立完成信号接收、跨膜转导和细胞内传递。目前，在SERK研究最多的信号转导途径中，涉及到的信号转导途径是信号转导途径。AtSERK3和BR11一起接收

13、胞外BR信号，形成同源/异源二聚体或多聚体，抑制BIN2和GSK3的活性或激活BSU1，改变胞内磷酸化水平和核转录因子BZS1和BZR1的稳定性，促进BR对基因表达的调节并产生BR的生理效应。SERK基因概述：基因结构：表达特征：表达调控：可能功能：信号转导：LRRRLK，受植物生长物质BAP、NAA和AMP1蛋白调控，参与体细胞胚胎发生、孢子体发育、植物病害防御和孤雌生殖等。DcSERK仅在胚胎发生细胞中表达，而其它SERK是非胚胎发生的。AtSERK3涉及的芸苔素信号通路、植物细胞全能性的应用(组织培养)和克隆的快速繁殖，这是生产中最广泛使用和最成功的组织培养领域。通常一年可繁殖数万株幼苗

14、，这对珍稀品种、珍稀优良种质、优良单株或新育成品种的繁殖和推广具有重要意义。改良种子和幼苗的离体繁殖是兰花产业的第一次成功。兰花成熟种子中的大多数胚不能存活，种子也不能萌发，但通过原球茎组织培养可以大大提高兰花的繁殖系数，从而形成20世纪60年代风靡全球的“兰花产业”。其他难以扦插的珍稀品种，如牡丹、康乃馨和菊花，以及快速繁殖的无籽西瓜、草莓、猕猴桃、葡萄、菠萝、柑橘、樱桃、杉木等。取得了进步，有力地促进了生产。4.2培育无病毒苗时，病毒在感染植株不同部位的分布不一致，新组织和器官中的病毒含量很低，生长点几乎无病毒。这是由于分生组织细胞的快速生长和病毒的相对缓慢的繁殖。此外，病毒通过筛子传播一

15、般来说，用0.2 0.5毫米的茎尖和1 2个叶原基作为外植体可以获得无病毒菌株。病毒病通常会使马铃薯减产约50%。近年来，我国脱毒马铃薯种苗种植面积已超过25万hm2，约占全国马铃薯种植面积的1/10，且仍在扩大。此外，香蕉、苹果、甘蔗、葡萄、桉树、毛白杨、草莓、甜瓜和花卉在试管中脱毒，建立试管苗工厂和无病苗圃。新品种的选育，1。花培养和单倍体育种，花药和花粉培养的主要目的是诱导花粉发育成单倍体植株，从而快速获得纯系，缩短育种周期，便于隐性突变体的筛选，提高选择效率。1970年，中国科学院遗传研究所获得第一批水稻花药培养苗，1971年获得小麦花药培养单倍体植株。近年来，烟草、水稻、小麦、大麦、

16、玉米、甜椒等一大批花卉栽培优良的新品种在生产中得到广泛推广。花药培养。是克服远缘杂交不亲和性的有效方法。例如，在棉花远缘杂种胚的发育过程中，胚乳的异常生长导致未成熟胚的分化停止。例如，如果胚珠在异花授粉后2-5天在体外培养，胚胎可以发育成杂种植物。到目前为止，已通过胚培养技术获得了许多栽培种与野生种的种间杂种，并筛选出一批具有高抗病性、抗虫性、抗旱性、耐盐性和高品质的菌株或中间材料，从而扩大了作物的基因库。2。胚胎体外培养和杂种植株获得。体细胞诱变和突变体筛选。在体外培养条件下，细胞直接与环境接触，没有整体调节，培养基中的化学成分和植物激素可能含有诱变因子或促进突变的条件，因此植物体细胞在体外培养条件下