کشت پروتوپلاست گیاهی، سلول گیاهی، بافت و کشت اندام گیاهی

کشت پروتوپلاست گیاهی، سلول گیاهی، بافت و کشت اندام گیاهی

روشهای سنتی اصلاح نباتات مبتنی بر دستکاری ساختار ژنتیکی گیاه کامل و از طریق تولید جنسی است. در سالهای اخیر روشی برای دستکاری ژنتیکی در سطح سلولی پیدا شده است که روشهای اصلاحی را بطور منحصر بفرد کامل می کند. موجودیت پیدا کردن روشهای کشت بافت و سلول را می توان به پیشرفتهای ناشی از دانش کشت سلولی و زیست شناسی مولکولی دانست (4 و 51)

بیوتکنولوژی یا فناوری زیستی مجموعه ای از فنون را تشکیل می دهد که امکان بکارگیری، توانایی و کارآیی سلولهای موجودات زنده اعم از حیوانی یا گیاهی را فراهم می سازد. در سالهای اخیر با انجام تحقیقات متعدد در حوزة بیوتکنولوژی کشاورزی این بخش دارای جایگاه مهم و باارزشی شده است و این امکان را در رابطه با گیاهان زراعی فراهم نموده است که بسیار مطالب کارآتر از روشهای کلاسیک اصلاح نباتات با استفاده از تکنیکهای مختلف از قبیل دست ورزی ژنتیکی (Genetic manipulation)، کشت بافت و سلول گیاهی در شرایط In Vitro و غیره، گیاهانی با سازگاری متناسب تر و بیشتر به شرایط محیطی و همچنین سازگار با نیاز انسانها تولید نماید.

تکنیک کشت بافت و سلول گیاهی در شرایط In Vitro ازجمله فنون بیوتکنولوژی است که کاربرد آن به اوایل سالهای 1950 می رسد. بر اساس این تکنیک، سلول گیاهی یا بافت از اندامهایی مثل ریشه، ساقه، برگ و گل آذین یا هر اندام دیگری از گیاه جدا شده و در شرایط کاملاً استریل و گندزدایی شده، در درون لوله های آزمایش محتوی محیط غذایی مصنوعی قرار گرفته و با تأمین نیازهای نوری و حرارتی مناسب تبدیل به یک گیاه کامل می گردد. این تکنیک همانطور که اشاره شد امکان تولید هزاران گیاهچه مشابه گیاه مادری را در مدت زمان بسیار کوتاهی و در فضای فیزیکی بسیار محدودی فراهم می‌سازد که با انتقال این گیاهچه ها به سطح گلخانه و مزرعه تولید انبوهی از گیاهان مورد نظر را می توان باعث شد. در اصلاح نباتات با استفاده از تکنیک کشت بافت و نیز تولید کالوس یا گیاهچه ها در مقیاس وسیع و انجام گزینش در بین نمونه ها می توان از ارقام مقاوم به استرسهای محیطی را تولید نمود. فنون فوق فرصتهای مناسبی در بخشهای مختلف تحقیقاتی، اقتصادی بوجود آورده است که با تقویت بخش دولتی و فعال نمودن بخش خصوصی کارایی این بخشها را برای تأمین و تولید محصولات اساسی کشور را، بطور قابل ملاحظه ای می توان افزایش داد. (51 و 98)

تاریخچة اهمیت کشت بافت:

مفهوم کشت بافت گیاهی خلاصة عبارت کشت پروتوپلاست گیاهی، سلول گیاهی، بافت و کشت اندام گیاهی است. کشت بافت و سلول گیاهی بر اساس نظریة شوان مبنی بر دارا بودن خاصیت توتی پوتنسی سلولها پایه گذاری شد. توتی پوتنسی خاصیتی است که بر اساس آن یک سلول دارای توان تبدیل شدن به موجود کامل است. در سالهای اخیر، تکنیک کشت بافت گیاهی به یک ابزار بسیار قدرتمند برای تکثیر و اصلاح بسیاری از گونه های گیاهی تبدیل گشته است. این تکنیک با ابراز نظریة گوتلیب هابرلاندت در مورد خاصیت توتی‌پوتنسی در سلول گیاهی در آغاز قرن بیستم آغاز گردید. هارلاند پیشنهاد نمود که روشهای جداسازی و کشت اندام گیاهی باید توسعه یابد و ادعا نمود که اگر محیط و مواد غذایی سلولهای کشت شده، دستورزی شده باشند، آن سلولها باید صفات ارثی مربوط به مراحل رشد و نموی گیاه اولیه را تکرار نمایمد. دیدگاه هابرلاند در حقیقت قابل توجه بود زیرا وی حتی بیان داشت که خارج از سلولهای سوماتیکی زنده، جنینهای مصنوعی به صورت غیر جنسی رشد و نمو می یابند.(5) احتمالاً وایت نخستین کسی بود در سال 1954 مسئله کشت سلولی را به روشنی بیان کرد. او بیان داشت که تفاوتهای بین سلولهای دیگر در آن ارگانیسم می باشد. لذا امکان دارد بتوان با جدا نمودن سلول، پتانسیل نهفته توتی پوتنت را به آنها بازگردانید. البته احتمال دارد که این خاصیت در سلول برای همیشه از دست رفته باشد. اسکوگ و میلر در 1957 پیشنهاد نمودند که اثرات متقابل کمی بین اکسین و سیتوکینین نوع رشد و مراحل مورفولوژیک را که باید در گیاه رخ دهد، تعیین می کنند. مطالعات آنها در توتون نشان داد که نسبت بالای اکسین به سیتوکسین باعث القای رشد ریشه می شود؛ درحالیکه نسبت بالای سیتوکسین به اکسین باعث القای رشد ساقه میگردد، هرچند که این الگو پاسخ کلی و عمومی نیست. (1 و 5 و 9 و 98)

دستورزی نسبت اکسین به سیتوکینین در بسیاری از گونه ها و جنسها برای ریخت زایی موفقیت آمیز بوده است. کارهایی که توسط مورل[1] (1960) روی ازدیاد ارکیده انجام گردیده است، آغازی برای کاربرد تکنیک کشت بافت گیاهی برای تکثیر و اصلاح بسیاری از گونه های گیاهی بود که منجر به توسعه و گسترش استفاده از محیطهای کشت جدید با غلظتهای بالای نمک توسط موراشیگ و اسکوک[2] گردید.

در سال 1966 نیز گوها[3] و محشوری[4] امکان ایجاد تعداد زیادی از گیاهچه هاپلوئید از دانه داتوره بوسیله کشت بساکهای نابالغ را ثابت کردند. (98)

در سال 1970 اولین امتزاج موفقیت امیز پروتوپلاست در محیط کشت تحقق یافت. در همین سال انتخاب موتانهای بیوشیمیایی در شرایط آزمایشگاهی صورت گرفت. در 1974 تولید گیاهان هیبرید حاصل از امتزاج پروتوپلاستهای هاپلوئید به نتیجه رسید. (1 و 98)

تحقیقات در زمینه کشت بافت گیاهی از سال 1975 به بعد بطور چشمگیری افزایش یافت و از دهة 1980 به بعد به عنوان بخش مهمی از بیوتکنولوژی گیاهی مورد توجه بسیاری از دانشمندان قرار گرفته است بطوریکه در سال 1977 توسط چلتون و همکاران ادغام موفقیت آمیز DNA پلاسمید Ti از Agrobacteriam tumefaciens به گیاهان صورت گرفت. (98 و 100)

در حال حاضر کشت بافت به عنوان پیش نیاز مهندسی ژنتیک از اهمیت ویژه ای برخوردار است. از طرفی کشت بافت بعنوان مکمل روشهای کلاسیک متداول در اصلاح نباتات بکار می رود نه جایگزین آن (86 و 100)

اساس گیاه شناسی برای کشت بافت:

ظرفیت طبیعی گیاهان به منظور تکثیر توسط فرآیندهای غیرجنسی، اساس تکثیر در تکنیک کشت بافت است. کشت بافت به سادگی به ما کمک می کند تا از پتانسیل طبیعی موجود در گیاه برای رشد و تکثیر استفاده کنیم که البته تکنیکی بسیار کارآمد و قابل پیش بینی است (62 و 96)


اهداف مورد نیاز با استفاده از تکنولوژیهای جدید کشت بافت و مهندسی ژنتیک:

تکثیر سریع گیاهان جهت استفاده در تحقیقات اصلاحی ژنتیکی.
تولید گیاهان هاپلوئید و دای هاپلوئید
ایجاد هیبریداسیون سوماتیکی بین گونه ای و بین جنسی
ایجاد موتاسیونهای القایی
حفظ و نگهداری منابع گیاهی از طریق کشت بافت
انتقال ژنهای خارجی مطلوب به سلولهای مورد نیاز از طریق کشت بافت و مهندسی ژنتیک
تولید گیاهان عاری از ویروس
ایجاد لاینهای مقاوم به امراض و بیماریها
ایجاد لاینهای مقاوم به شوری و خشکی
تهیه لاینهای مقاوم به علف کشها

منابع:

1- امیدی، م (1379). بررسی کشت بافت، تنوع سیتوژنتیکی و پروتئینی جو. رساله دکتری تخصصی اصلاح نباتات (ژنتیک مولکولی و مهندسی ژنتیک) دانشکده کشاورزی دانشگاه تهران

2- باقری. ع (1376) مبانی کشت بافتهای گیاهی. دانشگاه فردوسی مشهد 406 صفحه

3- تورز.کا.سی (1373) فنون کشت بافت برای گیاهان باغبانی خوشخوی. م(مترجم) چاپ اول مرکز نشر دانشگاه شیراز صفحه (1-103)

4- عبدمیشانی. س و ع. الف. ش. بوشهری (1377) اصلاح نباتات تکمیلی (جلد اول) بیوتکنولوژی گیاهی.

5- فاضل زاده.ع. (1382) بررسی تأثیر تیمارهای دمایی بر باززایی کالوس در کشت جنین نارس جو. پایان نامه کارشناسی ارشد اصلاح نباتات دانشکده کشاورزی دانشگاه تهران.

6- کوچکی،ع،مترجم. (1373) زراعت در مناطق خشک. انتشارات جهاد دانشگاهی مشهد. 202 صفحه

7- مطلبی آذر. ع و ع. جعفری مفیدآبادی (1379) بررسی میزان کالزایی، جنین زایی سوماتیکی و باززلیی گیاه در جمعیتهای یونجه ایرانی با استفاده از چهار روش رایج، دانش کشاورزی جلد 1 شماره 2 صفحات 1-13.

8- مهرابی.ع.1. (1381) بررسی کال زایی و باززایی در کلزا و امکان ارزیابی مقاومت به شوری در این گیاه با استفاده از تکنیک کشت بافت. پایان نامه کارشناسی ارشد اصلاح نباتات. دانشکده کشاورزی دانشگاه تهران.

9- نوری قنبلانی، ق. مترجم (1371) تجربیاتی در کشت بافتهای گیاهی، انتشارات دانشگاه تبریز. شماره 323. 411 صفحه

10-ولیزاده، م و کامیا. ت. 1372. بررسی کال زایی، رشد کال و پروتئین کال در گونه های یونجه (Medicaago) اولین کنگره علوم زراعی ایران. مشهد.

11-Agrawal. L.R, (1998) Fundamenteds of plant breeding in hybrid seeds.

12-Alexander I.K, Debchev P.D, Attanassov A.I. & Scrag A.H (1994) Alfalfa embryo production in airlift vessels via Domatic embryigenetsis, Plant cell, Tissue and Organ cutture 38:19-23

13-Allen, S.G., A.K. Dobrenz, and P.G. Bartels. 1986. Physiological response of Salt-tolerant and non tolerant alfalfa to salinity during germination. Crop Scince 26:1004-1008

14-Al-Niemi, T.S. W.F. camphell, and M.D. Rumbaugh. 1992. Response of alfalfa cultivars to salinity during germination and post germination growth. Crop Scince 32:976-980

15-Arcyones, Davey.M.R, Santos. A.V. P and Cockyng. E. (1982) Somatic embryogenesis in tissue from mesophyl and

خرید فایل

امتزاج پروتوپلاست و کاربرد آن در اصلاح نباتات

امتزاج پروتوپلاست و کاربرد آن در اصلاح نباتات

چکیده :

دورگ گیری سوماتیکی(somatic hybridization ) و امتزاج پروتوپلاست( Protoplast Fusion )درجنس ها وگونه هایی انجام می شود که تلاقی پذیری ندارند. اینکار به منظور دست کاری گونه‌‌های گیاهی و در جهت افزایش تنوع ژنتیکی و ایجاد صفات و یا گیاهان جدید و تولید سیبریدها استفاده می‌شود. این فنون با رفع محدویت تلاقی‌‌های بین‌گونه‌‌ای و بین‌جنسی از طریق کشت تخمک نارس یا بالغ(Invitro pollination )و با به کارگیری فنون نجات (یاکشت) جنین (embrio rescue) به عنوان مکمل روش‌‌های اصلاح سنتی عمل نمایند. دورگ گیری سلولهای سوماتیکی یک فرآیند چند مرحله ای است که شامل جداسازی پروتوپلاستهای گونه های متفاوت، آمیختن پروتوپلاستهای حاصل از دو گونه متفاوت، و کلون کردن پروتوپلاستهای هیبرید مخلوط شده و تجدید نسل گیاهان هیبرید بارور حاصل از پروتوپلاستهای آمیخته است. از جمله صفاتی که در این روش برای انتقال مورد توجه هستند می توان تحمل به تنش های محیطی از قبیل سرما، شوری، خشکی، و مقاومت به آفات و بیماریها را نام برد. ایجاد دورگ گیری سوماتیکی به روش امتزاج پروتوپلاست در بیش از 30 گونه و12 جنس انجام شده است. پومیتو (Pomato) تنها گیاه جدیدی است که از طریق امتزاج پروتوپلاست گوجه‌فرنگی و سیب‌زمینی تولید شده است ولی هنوز بهره برداری کشاورزی ندارد.

واژه های کلیدی : دورگ گیری سوماتیکی، امتزاج پروتوپلاست، سیبرید، نجات جنین، پومیتو

مقدمه:

پروتوپلاست سلولی است که دیواره آن بطور کامل حذف شده است. امتزاج پروتوپلاست عبارت است از اخطلاط پروتوپلاستهای گیاهی (سلولهای عاری از دیواره سلولی) از سلولهای سماتیکی گونه های متفاوت و تجدید نسل گیاهان هیبرید حاصل از پروتوپلاست های مخلوط شده می باشد. اولین تلاش موفقیت آمیز در امتزاج پروتوپلاست گل اطلسی توسط پاور و همکارانش (Power et al, 1976 ) در انگلیس و نیز کارلسون و

همکارانش (Carlson et al, 1975 ) در آمریکا در تنباکو بود. بعد از جداسازی پروتوپلاست تنها مانع بین

سیتوپلاسم و محیط خارجی غشا پلاسما می باشد. فقدان دیواره سلولی باعث برقرار شدن تماس نزدیک غشا پلاسمایی دو یا چند پروتوپلاست می شود که این امکان تحت شرایط طبیعی وجود ندارد وقتی غشا پلاسمایی دو پروتوپلاست با هم تماس می یابند، تحت بعضی شرایط آنها همانند دوحباب صابون به همدیگر خواهند چسبید. بعداً اگرمحرک مناسبی برروی آنها اعمال شود بار دیگر مثل دو حباب صابون با یک دیگرامتزاج یافته و به صورت یک گوی احاطه شده با یک غشا در می آیند. امروزه توجه زیادی برای امتزاج پروتوپلاست به عنوان یک وسیله بهنژادی گیاهان صورت می گیرد. اگرچه نتایج مثبت در این زمینه جهت تولید گیاهان زراعی اصلاح شده خیلی نادراست ولی اشخاص زیادی امتزاج پروتوپلاست را یک وسیله مفید برای اصلاح گران می دانند که آنها می توانند با استفاده از این روش گونه های ناسازگار جنسی را با هم تلاقی داده وصفات هسته ای و سیتوپلاسمی را منتقل نمایند. امتزاج پروتوپلاست را می توان برای تلاقی درون گونه ای، درون جنسی و بین جنسی به کار برد. امتزاج پروتوپلاست ابزاری در جهت نیل به توارث فرا جنسی ژنوم های اندامکی هر دو والد به شمار می رود. در فراورده های الحاقی که هسته ها، پلاستها و میتوکندری های هردو والد در یک سلول حضور دارند، اجتماع تازه ای از هسته یک گونه و اندامکهای یک گونه دور پدید می آید. از طرفی نیز اثرات متقابل درسطح DNA بین ژنومهای اندامکی موجبات خلق ژنوم های جدید موردعلاقه در اصلاح نباتات می شود. امتزاج پروتوپلاست و دورگ گیری سوماتیکی درجنس ها وگونه‌هایی انجام می‌شود که تلاقی پذیری ندارند. اینکار به منظور دست کاری گونه‌‌های گیاهی و درجهت افزایش تنوع ژنتیکی و ایجاد صفات و یا گیاهان جدیدو تولید سیبریدها (دورگ‌‌های سیتوپلاسمی) استفاده می‌شود. با توجه به اینکه امتزاج پروتوپلاست برای آمیزش گونه هایی که نمی توان به صورت جنسی تلاقی یابند استفاده می شود، لذا امتزاج پروتوپلاست را دورگ گیری شبه جنسی(parasexual hybridization ) نیز نام گذاری کرده اند. این فنون با رفع محدویت تلاقی‌‌های بین‌گونه‌‌ای و بین‌جنسی از طریق کشت تخمک نارس یا بالغ(Invitro pollination )و با به کارگیری فنون نجات (یاکشت) جنین(embrio rescue) به عنوان مکمل روش‌‌های اصلاح سنتی عمل نمایند. پومیتو (Pomato) تنها گیاه جدیدی است که از طریق امتزاج پروتوپلاست گوجه‌فرنگی و سیب‌زمینی تولید شده است ولی هنوز بهره برداری کشاورزی ندارد.

خرید فایل