Rostlinné explantáty

Charakteristika problematiky, historie Morfogeneze - organogeneze, somatická embryogeneze, somaklonální variabilita Podmínky kultivace: teplota, světlo, vlhkost, složení kultivačních médií, plynná fáze Aseptická kultivace, ošetření mateřských rostlin, typ explantátu Využití explantátů při studiu fyziologie rostlin Vegetativní množení Ozdravování rostlin, umělá semena Tkáňové a buněčné kultury , produkce sekundárních metab o litů, biotransformace Protoplastové kultury, fúze protoplastů, přenos organel, chromozomů Přímý přenos DNA Agrobacterium jako vektor přenosu DNA Budoucnost a rizika využití transgenních rostlin

Problematika bude nahlížena

ze dvou hledisek

 Řešení situace, kdy budete postaveni před úkol pěstovat kulturu rostlinných explantátů.

 K čemu může pěstovaní rostlinných explantátů sloužit, a to jak z pohledu řešení základních otázek fyziologie rostlin, tak z hlediska praktických úkolů.

Praktikum

o

bsahuje:

 

úlohy demonstrující některé základní postupy Sterilní výsev semen

       

Odvození tkáňové kultury Řízená organogeneze na internodálních segmentech Izolace a kultivace meristemu Extirpce embryí a jejich kultivace Indukce tvorby hlíz na nodálních segmentech Somatická a pylová embryogeneze Kořenové kultury Přesazení masožravé rostliny

Praktikum

dále o

bsahuje:



úlohu: kultivace rostliny podle vlastního výběru



Vybrat rostlinu v týdnu od 15.

října -

oznámit rostlinu Dr. Maškové 

Vyhledat informace o pěstování vybrané rostliny v týdnu od 22. října -

vyhledání literárních údajů (kniha, Web of Science)

v týdnu od 29. října

– vypracovaný přehled informací z literatury a návrh kultivačního protokolu .



Připravit média, připravit rostlinný materiál



Provést kultivaci, sledovat výsledky kultivace



Vypracovat závěrečný protokol

Úvod: literární údaje - Materiál a metody: popis zvoleného postupu práce a použitého materiálu, popis podmínek kultivace - Výsledky: popis průběhu kultivace, výsledky kultivace - Diskuse: porovnat výsledky s literárními údaji, pokusit se vysvětlit případné neúspěchy nebo odchylky od předpokládaných výsledků

Rostlinné explantáty

Co je to rostlinný explantát

???

Na čem je založena možnost pěstování R.E.

???

Strategie boje o přežití

 mikroorganismy --- počet jedinců v populaci  živočichové --- aktivní boj s podmínkami prostředí  rostliny --- velká plasticita metabolismu, růstu i vývoje vysoká regenerační schopnost – hojení ran, náhrada poškozených orgánů, vegetativní množení

Co je podstatou plasticity a vysoké regenerační schopnosti rostlin ???



Neukončený růst rostlin

 zralé buňky  dozrávající buňky  buňky s velkou schopností růst a dělit se – meristemy - produkce nových buněk - zajištění stability genetické informace 

Totipotence rostlinné buňky

 existence kompletní genetické informace ve většině somatických buněk  možnost její realizace x živočišné b.

1838 1902 Schwann a Schleiden - buněčná teorie Myšlenka využití



k regeneraci rostliny z jedné somatické buňky - G. Haberlandt 1902 Gottlieb Haberlandt

..

without permitting myself to pose further question, I believe, in conclusion, that I am not making too bold a prediction if I point to the possibility that, in this way, one could successfully cultivate artificial embryos from vegetative cell .. Haberlandt, 1902

1854-1945

1838 1902 Schwann a Schleiden - buněčná teorie Myšlenka využití



k regeneraci rostliny z jedné somatické buňky - G. Haberlandt Gottlieb Haberlandt

..

without permitting myself to pose further question, I believe, in conclusion, that I am not making too bold a prediction if I point to the possibility that, in this way, one could successfully cultivate artificial embryos form vegetative cell .. ( Haberlandt, 1902) 1854-1945

1838 1902 Schwann a Schleiden - buněčná teorie Myšlenka využití



k regeneraci rostliny z jedné somatické buňky - G. Haberlandt Gottlieb Haberlandt

..

without permitting myself to pose further question, I believe, in conclusion, that I am not making too bold a prediction if I point to the possibility that, in this way, one could successfully cultivate artificial embryos from vegetative cell .. ( Haberlandt, 1902)

Důvody jeho neúspěchu:

• Neznalost působení rostlinných růstových regulátorů • Nevhodný rostlinný materiál – diferencovaná pletiva, jednoděložné rostliny • Nedostatečná sterilizace materiálu 1854-1945 …. ….

Další autoři.. stejné či podobné problémy.. Dosaženo přežívání, i zvětšování objemu buněk, ale ne dělení Použití meristematických pletiv ….1. pozitivní výsledky

1838 1902 Schwann a Schleiden - buněčná teorie Myšlenka využití



k regeneraci rostliny z jedné somatické buňky - G. Haberlandt 1902 Gottlieb Haberlandt

..

without permitting myself to pose further question, I believe, in conclusion, that I am not making too bold a prediction if I point to the possibility that, in this way, one could successfully cultivate artificial embryos form vegetative cell .. ( Haberlandt, 1902)

Důvody jeho neúspěchu:

• Neznalost působení rostlinných regulátorů • Nevhodný rostlinný materiál – diferencovaná pletiva, jednoděložné rostliny • Nedostatečná sterilizace materiálu 1854-1945 …. ….

Další autoři.. stejné či podobné problémy.. Dosaženo přežívání, i zvětšování objemu buněk, ale ne dělení Použití meristematických pletiv ….1. pozitivní výsledky 1922

Haberlandt předpokládá existenci dvou hormonů, které jsou zodpovědné za indukci buněčného dělení, a tak za děje spojené s hojením ran i s různými vývojovými ději.. oplozením, morfogenezí nebo vývojem adventivních embryí

1838 1902 Schwann a Schleiden - buněčná teorie Myšlenka využití



k regeneraci rostliny z jedné somatické buňky - G. Haberlandt 1902 Gottlieb Haberlandt

..

without permitting myself to pose further question, I believe, in conclusion, that I am not making too bold a prediction if I point to the possibility that, in this way, one could successfully cultivate artificial embryos form vegetative cell .. ( Haberlandt, 1902)

Důvody jeho neúspěchu:

• Neznalost působení rostlinných regulátorů • Nevhodný rostlinný materiál – diferencovaná pletiva, jednoděložné rostliny • Nedostatečná sterilizace materiálu 1854-1945 …. ….

Další autoři.. stejné či podobné problémy.. Dosaženo přežívání, i zvětšování objemu buněk, ale ne dělení Použití meristematických pletiv ….1. pozitivní výsledky 1922

Haberlandt předpokládá existenci dvou hormonů, které jsou zodpovědné za indukci buněčného dělení, a tak za děje spojené s hojením ran i s různými vývojovými ději.. oplozením, morfogenezí nebo vývojem adventivních embryí …

we take this anniversary also as an opportunity to remind all of us, that for developing ideas time is needed together with right conditions and atmosphere. Universities in the past used to provide, what now we are risking to lose with our hectic life style and short-term planning..

Laimer M. and Rücker W., 2003

1934 1935

kultura kořenů (White) kultivace embryí (La Rue)

1936 1957

Gautheret – kultury odvozené z mrkvového kořene (podobně Nobécourt)

1939

dlouhodobě rostoucí kalusové kultury (Gautheret, Nobécourt, White)

1955

objev kinetinu (Miller et al.,) auxin – cytokininový model regulace tvorby orgánů (Skoog a Miller)

1958 1959 1962 1965 1970 1971 1972 1973 1978 1980 1982 1985

regenerace proembryí z kalusové kultury mrkve (Reinert a Steward) enzymatická izolace protoplastů kultivační medium Murashige a Skooga vypěstování rostliny tabáku z izolované buňky protoplastová fúze regenerace rostlin z protoplastů mezidruhová hybridizace; fúze protoplastů sp. Nicotiana objev Ti –plazmidu somatická hybridizace rajčete a bramboru použití imobilizovaných buněk k transformaci digitoxinu na digoxin inkorporace izolované DNA do protoplastů transformace listových disků pomocí A. tumefaciens

…………………….

1934 1935 1936 1939

kultura kořenů (White) kultivace embryí (La Rue) Gautheret – kultury odvozené z mrkvového kořene (podobně Nobécourt dlouhodobě rostoucí kalusové kultury (Gautheret, Nobécourt, White)

1955

objev kinetinu (Miller)

1957

auxin – cytokininový model regulace tvorby orgánů (Skoog a Miller)

1958

regenerace proembryí z kalusové kultury mrkve (Reinert a Steward)

1959 1962 1965 1970 1971 1972

enzymatická izolace protoplastů kultivační medium Murashige a Skooga vypěstování rostliny tabáku z izolované buňky protoplastová fúze regenerace rostlin z protoplastů mezidruhová hybridizace pomocí fúze protoplastů druhů Nicotiana

1973 1978 1980 1982 1985

objev Ti –plazmidu somatická hybridizace rajčete a bramboru použití imobilizovaných buněk k transformaci digitoxinu na digoxin inkorporace izolované DNA do protoplastů transformace listových disků pomocí A. tumefaciens …

pěstování rostlinných explantátů je „jen“ možností rozšíření spektra podmínek prostředí … ochrana před patogeny, abnormální fyzikální, chemické podmínky (zejména rovnováha fytohormonů)

 

rozvinutí okrajových jevů…

Přehled doporučené literatury

George E.F., Sherrington, P.D.: Plant Propagation by Tissue Culture, Eastern Press, Eversley,1984 Dixon R.A.: Plant Cell Culture, IRL Press, Oxford, Washington,1985 Bajaj, Y.P.S: Biotechnology in Agriculture and Forestry, Vol.2, Springer Verlag,1986 Pierik R.L.M.: In Vitro Cultures of Higher Plants, Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, Boston, Lancaster, 1987 Bhojwani, S.S.: Development in Crop Science, Plant tissue Culture, Applications and Limitatios, Elsvier, 1990 Novák F.J.: Explantátové kultury a jejich využití ve šlechtění 1990 rostlin, Academia, Praha, Kováč J.: Explantátové kultury rostlin, skripta, Univerzita Jana Evangelisty Purkyně, 1992 Ondřej M.: Genové inženýrství kulturních rostlin, Academia, Praha, 1992 George E.F.: Plant Propagation by tissue culture, Exergetics Ltd., England, 1993 Son W.-Y., Bhojwani S.S.: Morphogenesis in plant tissue cultures. Kluwer Academic Publishers, 1999 Chawla H.S.: Introduction to plant Biotechnology. Science Publishers, Enfield, New Hampshire, USA, 2002 Laimer M., Rücker W.: Plant tissue culture – 100 years since Gottlieb Haberlandt, Springer Verlag, Wien, 2003 Slater A., Scott N.W., Fowler M.R.: Plant Biotechnology, Oxford University press, 2008