Transcript Somatická embryogeneze

Somatická embryogeneze
Proces, kdy ze somatické buňky vzniká samostatná
bipolární struktura, která se vyvíjí podobně jako
zygotické embryo
V přírodních
podmínkách:
Apomixie
Polyembryonie
Vývin rostlinek z
marginálních meristémů
(Bryophyllum)
Historie
• 1957 - Poprvé tento proces popsal Waris u haluchy
vodní a u mrkve seté („neomorphs“ )
• 1958 - Steward a kol. a Reinert (1959)
v suspenzní kultuře mrkve struktury
podobné embryím = somatická embrya
• 1979 Fujimura a Komamine synchronizace somatické embryogeneze
Model SE mrkve
Přeprogramování
Evans 1981:
• proembryogenní buňky (preembryogenic
determined cells)
některé z buněk zygotického embrya
• Indukovaně determinované embryogenní
buňky (induced embryogenic determined
cells)
somatické buňky z diferencovaných orgánů
Vzniká somatické embryo z jedné
buňky?
• U primární
embryogeneze
• U sekundární
embryogeneze
byl pozorován i
několikabuněčný
původ
2,65 mm
212 um
54,8 um
95 um
1985 - Hakman a von Arnold
- Chalupa
popsali somatickou embryogenezi odvozenou ze
zygotických embryí smrku ztepilého
- Nagmani a Bonga z megagametofytu
modřínu opadavého
2005 - Stasolla a kol.: popis morfogeneze, fyziologie,
biochemie a molekulární biologie somatických
embryí jehličnanů
• adaptace rostliny na
extrémní podmínky
okolního prostředí
obecné faktory, ovlivňující schopnost
buněk získat embryogenní schopnost:
• charakter donorového explantátu (genotyp a
zdroj explantátu)
• složení kultivačního media (biochemické
podmínky)
• fyzikální podmínky prostředí
Model vojtěška
• Imin N, Nizamidin M,
Daniher D, et al. 2005
Charakter donorového explantátu
• Genotypová závislost
• Cyklofýza
• Topofýza
Složky média ovlivňující indukci
somatické embryogeneze
•
•
•
•
•
•
Makro MS (SH)
Sacharoza, maltoza, glukoza
Organický N – glutamin
2,4-D (BAP, TDZ - thidiazuron)
CH, kokos mléko apod.
polyaminy
Podmínky prostředí
•
•
•
•
Stres
Extrémní teplota
Přítomnost iontů Cd apod.
Vysoké hladiny sacharozy (osmotický
potenciál)
• Biotické faktory
Transport auxinu?
gradient
auxinu klíčový pro
vývin
zygotického
embrya
(Jenik a
Barton 2005)
Gaj M. 2001
Arabidopsis
Somatická embryogeneze dřevin
Vývoj zygotického embrya
krytosemenné
nahosemenné
Indukce somatické embryogeneze u
smrku
Pro založení explantátové kultury se
osvědčily předstupně:
povrchová sterilizace
máčení semen ve sterilní destilované vodě
(1 - 7 dní)
Macerace semen před preparací
vliv na příjem 14C-2,4-D
Embrya smrku
exponovaná v
acetokarminu
(15 min)
1600
1400
dpm.mg
-1
1200
1 den
1000
800
600
400
200
0
1d
3d
5d
doba máčení (dny)
7d
7 dní
preparace zygotického embrya
5 základních stupňů embryogenní kultury
(von Arnold a kol. 2002)
• 1/ navození – indukce: vysoké koncentrace růstových
regulátorů (RR)
• 2/ proliferace: s nižší koncentrací RR
• 3/ prematurace na mediu bez RR – inhibuje
proliferaci a stimuluje raný vývoj embryí
• 4/ maturace: na mediu s ABA, případně osmotiky –
tedy s redukovaným osmotickým potenciálem
• 5/ vývoj rostlin na mediu bez RR – tzv. „konverze
v rostlinu“ nebo „enkapsulace“ - vytvoření tzv.
„umělých semen“
Abscisová kyselina (ABA)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Obrana proti stresům
Regulace dormance
Regulace vodního režimu
Stimulace opadu listů
Vliv na transpiraci
Urychlení stárnutí
Inhibice prodlužovacího růstu
Kumulace proteinů
Inhibice předčasného klíčení
Snížení množství aberantních rostlin
• vyšší hladina ABA ve vztahu k IAA
vypovídá o zastavení procesu tvorby
nových somatických embryí
• zpomaluje jejich vývoj v globulární fázi a
zastavuje jej v pozdním stadiu torpéda
Model - smrkové zygotické embryo
dělohy
hypokotyl
radikula
Indukční podmínky 2,4-D a BAP
Tvorba somatických embryí
po 1 měsíci na PM
(9 µM 2,4-D a 4.4 µM BAP)
po 3 dnech
INDUKCE: 1 hod
4 hod
48 hod
Vyčistění od kalusu - selekce raných SE
Směs kalusu a raných SE (RSE)
Kultura RSE
Maturace RSE
Příklad vývoje somatických proembryí
u Ephedra californica
´
K
Culture
l
Culture,
DAPI
Diploidní
partenogeneze
in vitro
u jehličnanů
Department
of Environmental
Horticulture, Davis,
California, USA
L. Havel, D. J. Durzan
Konverze somatických embryí
Picea pungens
(foto K. Slabý)
Tree and Forestry Science and Biotechnology ©2007
Global Science Books
Abies Biotechnology - Research and Development of
Tissue
Culture Techniques for Vegetative Propagation
Božena Vooková* • Andrej Kormuťák
Pinus taeda - maturace SE
(Coke, Handley, Beewar, 1996)
Schisandra chinensis
Schisandra chinensis
Smíšková, Vlašínová, Havel (2005)
ABA, PEG
A. Smíšková
Acer palmatum
(Vlašínová, Havel, 1999)
SE javoru (Vlašínová a Havel,
1994)
A teď si to vyzkoušíme…