Лекции по "Биотехнология"

12 билет

1.Ұрықтарды  in vitro өсіру

Бірінші 1925 жФ.Лайбах сібір  зығыры мен австриялық зығырдың әдетте ұрпақсыз буданының жас ұрықтарын  in vitro өсіріп,тіршілік қасиетіне ие өсімдік алған.содан бастап ұрықты  өсіру әдісі түраралық және туысаралық будандардың тіршілікке икемді ұрықтарын сақтап қалу үшін қолданылып келеді.Бұл типті постгамдық сыйымсыздықты жеңетін  таптырмайтын әдіс болып кеттті.Осы әдіспен көптеген түраралық будандар алынған.дағдыдағыдай,будан ұрықтардың ерте мерт болуы олардың клеткаларындағы өзгерістермен ғана шектелмейді,оларға анамольдық дамып келе жатқан эндосперм мен ұрық қалтасын қоршаған гинецей ұлпаларының теріс әсері тиеді.Сондықтаноларды мезгілінде бөліп алып, in vitro жағдайында өсіріп аман сақтап қалуға болады.Пісіп жетілмеген  ұықтарды in vitro  жағдайында нәтижелі өсіру көп факторлармен,ең алдымен оның даму кезеңімен,дифференцияланған деңгейімен байланысты.Астық дақылдарының ұрығын табысты өсіру үшін оларда жетілген дәнжарнағы болуы керек,өйтпесе өркен мен сабақ басстамаларының қалыптасуы тежеледі.Ұрықтарды бөліп алу мерзімін алғашқы донор өсімдіктердің генотиптеріне байланысты белгілейді.Бұдан ұрықтардың даму деңгейін және будандастыру өткізілген жағдайларды ескере отырып,астық тұқымдастарды ұрықтардың ең өтпелі кезені.ол тозаңдануданкейінгі екінші декадасы екені белгілі болады.

2.Гаплоидтық  технология.

Гаплоидтық  организмнің сомалық клеткаларында  сыңар хромосомалар жиынтығы болады,яғни толық жиынтықтың тең жартысы.Гаплоидтарды дағдылы селекция әдістерімен шығару ( түрішілік және түраралық тозаңдану,рентген сәулесін түсіру және басқа стресс факторларымен ықпал ету) оңай емес және көп  уақытты талап етеді.Ал аталық және аналық гаметофиттерді in vitro  жағдайында өсіріп гаплоидтарды тез шығарып,селекция процесін жеңілдетуге болады.Бұл  әдістер апомиксис  процесіне негізделген.Апомиксис- организмдердің жыныссыз жолмен көбеюі.Аталық гаметофитті in vitro жағдайында өсіріп ,гаплоидтық өсімдіктерді алу андрогенез деп аталады.Аналық гаметофитті өсіру арқылы гаплоидттық өсімдік алу гиногенез деп аталады.Сонымен қатар гаплоидтарды,аталық немесе аналық хромосомаларды жойылып кететін будан ұрықты in vitro жағдайында өсіріп  алуға болады.Кейде гаплойдтық өсімдік псевдогамия арқасында  пада болады.ягни ұрықтанбаған жұмыртқа клеткасынан ұрық дамиды.

3.Гүл тозаңын  in vitro өсіру

Тозаңқаптарды in vitro өсіргенде  каллаус тек микроспоралардан ғана емес олардың спорогендік ұлпаларының диплоидтық клеткаларынан да түзілуі мүмкін.сондай каллустардан шыққан регенерант өсімдіктер диплоидтықнемесе  полиплоидтық болады.Тозаңқаптарды  өсіргендегі тағы бір қалемшелік мынау:тозаңқап қабығынан бөлініп қоректік ортаға шығатын заттар  жеке тозаңдағы эмбриогенез процессін тежеуі мүмкін.Бұдан басқа андрогенезге қабілеті жоғары генотиптердің тозаңқаптарын қолайлы жағдайда өсіргенде,олар микроспоралардан жаппай каллустар мен эмбриоидтарды бір мезгілде алуға бөгет болды.сондықтан жеке бөліп  алынған тозаңдарды өсіру тиімді болды.Бірінші рет 1973 ж сасықмеңдуананың тозаңын өсіріп,оларды эмбриоидогенез процесі жүруін байқаған К.Нич пен Б.Норел болды.Көбінесе  тозаңқапты өсіріп,регенерант өсімдіктерін алу тиімді.Астық тұқымдастарында тозаңда тозаңқаптан бөліп алу өте қиын.кейбір өсімдіктердің  тозаңқаптарын  сұйық ортаға соларда оларды өткір скальпелдің ұщымен екіге бөліп жібереді.Ш.Тивари арпамен өткізген тәжірибесінде бүтін тозаңқаптарды сұйық ортаға үш тәулік бойы өсіргенде,олардың 60-70 пайыз  микроспоралары өз бетімен ортаға шыққан.Ал кесілген тозаңкаптарды сұйық ортаға 4 сағ бойы  шайқап өсіргенде,олардың 90 пайызы микроспоралары сыртқа шықты.

13 билет

1Тозаңқаптар  мен тозаңдарды өсіріп гаплоидтарды алу

Алғаш сасық мендуананың  тозаңқаптарын in vitro жағдайында  өсіріп Индияда С:Гуха мен С.Махешвари 1964 ж гаплоидтық өсімдіктерді алды.Содан кейін осы тәжірибені француз ғалымы К.Нич 1967 ж темекінің тозаңқаптарын өсіріп қайталады.Содан бері осы әдіспен гаплоидтар 200 астам өсімдік түрлерінен алынды,сонын ішінде:бидай,кара б.күріш,қартоп,рапс т.б ауыл.шар.дакыл. in vitro жағдайында  аталық гаметофиттен гаплоидтық спорофиттің щығуы өте күрделі,әлі егжей-тегжей анықталмаған процесс.Микроспоралардан каллаус немесе эмбриоидтар қалыптасып,кейін олардан гаплоидтық регенерант өсімдіктері шығады.Ол үшін микроспоралар in vitrо жағдайында дамудың өте күрделі процессінен өтеді.Ал бұл процестің түрткі болар себепкерлері мен реттеушілері әлі белгісіз .Табиғи жағдайда in vitro микроспоралар гаметофиттік жолымен дамиды.1.мейоздың нәтижесінде тозаңның  бастапқы клеткасының төрт  микроспора п.б

2.тетраданың қалың  қабығынан микроспоралар босап  шығады

3.микроспора одан әрі  даму жолында екі рет митоздан  өтіп,соңында жетілген тозаң түріне айналады

Ал in vitro жағдайында микроспора әдеттегі гаметофиттік даму жүйесінің  кез келген фазасын ауытқып кетіп,спорофиттік  даму жолына түсуі мүмкін,.

2 Гаплоидтардың  селекциядағы маңызы

Гаплойдтық клеткалар  мен протопластар  клеткаларының бөлінуі мен дифференциялануын ,сомалық клеткалардың генетикасын және популяциялардың генетикасын зертттеу үшін ыңғайлы экспериментальді модель.Гаплоидтық өсімдіктер практикалық селекция мен теориялық зерттеулерде қолданылатын өте құнды генетикалық материал.Гаплоидтарды пайдаланып яғни хромосомалар санын екі есе арттырып,гомозиготаларды жылдам алуға болады.Гаплоидтықөсімдіктерді колхицин мен өңдесе,хромосомалары мұлде ұқсас гомозиготалық дигаплоидтық организм п.б.Гаплоидтар  ұрықсыз болады,себебі гомологиялық  хромосомалары болмағандықтан мейоз процесі бұзылып,аномальдік хромосаомалар жиынтығы бар гаметалар түзіледі.Хромосомалар екі еселену арқылы гаплоидтық өсімдік гомозиготалық диплоидтық ұрықты өсімдікке айналады.

3.Аналық гаметофиттің  табиғи дамуы

Өсімдіктердің аналық гаметофитті-ұрық қапшығы-нуцелуспен және интегументтермен қапталған тұқым бүршігінің ұшындағы тесік  микропиле деп аталатын,оған қарама қарсы тұрған бөлігін халаза деп атайды.Тұқым бұршік тұқым сабақ арқылы бүрбүртігіне  бекітіледі.Микропиле ,тұқымсағағы және нуцеллустың орналасуына қарай тұқым бүршігінің 5 түрін ажыратады.солардың бірі-ортотропты ,яғни тік орналасқан тұқым .

Гүлді осімдіктердің  тұқым  бүршігі  түйінде түзіледі.Әдетінше ұрық қапшығының  нормалы түрі тұқым  бүршігінің нуцелуіында пайда болған мегаспораның бір клеткасынан дамиды.Ол үш рет юөлініп 7 клеткалық және 8 ядролық,клеткалары ретімен орналасқан құрылымға айналыды.

14 билет

1. Клеткалық инженерия

Клеткалық инженерия-клеткаларды  in vitro өсіру,оларды будандастыру және қайта құрастыру арқылы клетканың мүлдем жаңа типін жасау әдістерінің негізінде қалыптасқан биотехнологияның саласы.Клеткаларды жасанды жолмен будандастырғанда ,сомалық клеткаларды  бір-біріне  қосқанда будан геном түзеді.Будандастырудың  бұл тәсілінің  мәні мынада:аталық және аналық клеткалар ретінде жыныстық клеткалар  емес өсімдіктің дене  клеткаалары қосыладыОлардың алдын ала протопластарын бөліп алады,белгілі жағдайда олар бір бірімен құйылысады.Пайда болған  сомалық будан  клеткадан кейін регенерация арқылы будан өсімдіктер  өсіп шығады.Протопластарды қосу арқылы будандастыруды әр түрлі атайды:сомалық будандастыру;парасексуальді будандастыру;жыныстық емес будандастыру.Сонда да ,көбінесе бірінші термин қолданылады,ал пайда болған будан сомалық будан деп аталады.

Клетканы қайта құрастыру-клетканың  құрамына кіретін ядроны,цитоплазманы,митохондрияларды,хлоропластарды,хромосомаларды бір клеткадан басқа клеткаға көшіру негізінде мүлдем жаңа клетканы жою.Осындай әрекеттер нәтижесінде ядролық және цитоплазмалық гендер тіркестігі әдеттегідей емес,тіпті өзгеше клеткалар п.б мүмкін.Одан да артық ғалымдарды қызықтыратыны,ол жеке хромосомаларды тасымалдау арқылы анеуплойдтық линияларды алу мүмкіншілігі.Протопласт бөтен ДНҚ ны қабылдай алатын өте  ыңғайлыжүйе.Сол ДНҚ клеткаға енгізіп және оның экспрессиясын қамтамасыз ету арқылы генетикалық өзгертілген өсімдіктерді алуға болады.

2.Протопластарды бөліп  алу

Протопласт деген ферменттердің әсерімен немесе механикалық әәдістерімен қабығы түгел жойылған өсімдік клеткасы.Ағылшын ғалымы Э.Кокинг 1960 шы ж баснда клетканың ішіндегі протопластты зақымдамай тірі күйінде бөліп алу әдісін жете зерттеп дайындады.Ол томат тамырларының ұштарын , зең саңырау құлактар өсірген ортасына бөліп  шығарған гидролиздік ферменттермен өңдеп,протопласттарды ферменттік  әдісімен бөліп алады.

Әдетте тірі клеткада протопласт клетканың  қабырғасында  орталық вокуольдің тургор,яғни кернеулік қысымымен тығыз жанасып тұрады.Клетка қабығы арқылы плозмалеммамен қоршалған цитоплазмалық жіңішке жіпшелер  өтеді.солар арқылы көршілес клеткалардың протопластары бір біріне жалғасып жатқан.Сондықтан клетка қабығын ферментпен еріткен кезде ,протопластарға жүргізеді.Осмотик ретінде сахороза,маннит,сорбит қолданылады.Осы заттардың гипертониялық ерітінділері әсерінен вакуоль сусызданып жиырылып,протопласт көлемі кішірейіп,соңынан қабықтан алшақтайды.Қазіргі уақытта протопласттарды бөліп алу үшін ферменттердің қоспасын пайдаланады.Бұл қоспаның құрамында ферменттердің үш түрі болады:пектиназалар,целлюлозалар және гемицелюллозалар.Ол клетка қабығының негізгі компоненттерін ыдыратады.Протопласттарды бөлі кезінде  осмостық стабилизатор маңызды қызмет атқарады.Протопластар бүтін болу үшін ферменттік ерітінділер изотониялық немесе гипертониялық  күйде болу кк.Кейде материалды алдынала плазмолиздік ерітіндісінде біраз ұстайды.Осмостық зат ретінде көбінесе қанттар (глюкоза,сахарозасорбит,маннит)пайдаланылады.

3.Сомалық будандастырудың негіздері

Бірінші рет будан клеткалары 1960 ж клеткаларды  in vitro өсіру әдісі  жетілдірілгенде жануар клеткаларынаналынған.Өсімдіктерде бұл мүмкінщілік кешірек,протопластарды бөліп алу және оларды қосу әдістері жете зерттегенде жүзеге асады.

Жануар сомалық клеткаларын будандастыру әдісі биология мен медицинаның теориялық мәселелерін шешуге пайдаланылады.Будан клеткалар биотехнологияда кеңінен қолданылады мы.гибридомаларды пайдаланып моноклондық антиденелерді алу үшінГибридома деген ол антидене түзетін клетканың ісік клеткамен қосылған будан клеткасы.

Өсімдіктердің  сомалық клеткаларының  протопластары құйылысып ,будан  клетка құрылады,ал одан тотипотенттік  қасиетке сүйене регенерация арқылы будан организм шығады.Сондықтан  бұл әдіс будан өсімдік құрамында нендей қасиеттердің пайда болатынын білу үшін генетикалық талдау жасауға ыңғайлй.Сомалыыық клеткаларын будандастыру арқылы өсімдіктерді генетика жағынан жақсартуға болады.Сомалық будандастыру-будандастыруудың жаңа әдісі.Оның арқасныда будандастыру жыныстық процесс арқылы еемес,тіпті басқа жолмен-сомалық клеткалардың құйылысуы арқылы өтеді.Бұндай сомалық будандастыруды.токсономиялық,алшақтық шектемейді.Түраралық емес қана,туысаралық,тіпті одан да алшақ систематикалық топтраға жататын өсімдіктерді будандастыруға боалдады.

15 билет

1.Тіршіліке қажетті протопластарды  алу

Протопласттарды нәтижелі бөліп алу көптеген факторларға  байланысты.Олар атап айтқанда:ұлпаның  шығу тегі  ( жапырақ ,тұқымжарнақ,тамыр,тозаң,түйірі,каллаус  ұлпасы,суспензиядағы клеткалар) өсімдіктің түрі мен сорты,өсімдіктің физиологиялық күйі,ферменттердің құрамы,олардың сапасы ,ортаның рН және осмостық заттың түрі.Протопласттардың тіршілікке икемділігін,яғни олардың метобалиттік активтілігін анықтайтын арнайы әдәі бар.Олар протопластардың Флуоресцеиндиацетатпен боялуы.ФДА—бұл флуоресценциясы жоқ қосылыс,протопластр мембранасы арқылы жеңіл өтеді,тірі протопластардың ішінде эстеразалар әсерімен ыдырайды.соның нәтижесінде флуоресцеин босайды,оны протопластардың бүтін мембраналары ұстап қалады.сондықтан метоболиттік активтілігі бар тіршіліке қабілетті протопластар ультрокүлгін сәулесінде көзге көрінеді ,себебі іштерінде жинакталған  флуоресцен ультрокүлгін сәулесімен  қоздырылып,жасыл сәулені тарта бастайды.Жоғарыда айтып кеткендей ,протопластардың бөлініп алынатын мөлшері  және олардың өміршендігі өсімдіктің  түріне жасына және физиологиялық күйіне яғни генетикалық және эпигенетикалық ерекшеліктеріне байланысты.Протопластарды көп мөлшерде тұрақты алып отыру үшін өсімдіктерді  белгілі бір жағдайда өсіру керек  және олардың ең қолайлы өсу кезеңін ,нактылы бір мүшесін  анықтап таңдап алу қажет.

2Сомалық будандастырудың  генетикалық негіздері

Сомалық будандастыру әдісі  табиғи емес,толығымен жасанды болғандықтан,өзіне  ғалымдардың назарына аударып,гендердің  бірегей тіркестерін алуға үміттендіреді,жыныстық жолмен будандандастыру  өсімдіктерден гендерінің жаңа жиынтығын бар сомалық будандар алуға жол ашады.Сомалық будандастыру  өте күрделі ,нәтижесін алдын ала болжауға болмайтын және тікелей басқаруға көнбейтін процесс.Сомалық будандардың генотипі генетиклық өзгерістерге жеткізетін  бірқатар  уакиғалардың нәтижесі екі  протопласт  құйылысқан  кезде ,бір біріне  тәуелсіз және әр уақытта  ядролар ,хлоропластар,митохондриялар өзара қосылып ,генетикалық  информациямен  алмасулары мүмкін Сомалық клеткаларрды будандастыру кезіндегендер тағдыры көптеген факторларға байланысты .ол,әлі жаксы зерттелмеген Өсімдіктердің клеткалық инженериясын дамуына  украин ғалымы Ю.Ю.Глеба үлес қосты.25 ж осымен айналысып  сомалық будандастырудың генетикалық мәселелерін ,әсіресе ата-аналық формаларының  ядролық және  цитоплазмалық гендерін зерттеді.

3.Будан өсімдіктерді  талдау әдістері.протопластардың қосылып будан  клетканың пайда болғанын бірнеше  әдістермен тексеріп,дәлелдеуге болады.Ол үшін генетикалық және биохимиялық талдау өткізеді.будандастырулық талдау генетикалық әдістеріне жатады.Ол үшін нақтылы қасиеттеріне  ескере,арнайы  талданып алынған өсімдік формаларын бір бірімен  будандастыру нәтижесінде  тараған ұрпақтардың  фенотиптік  белгілерінің  бастапқы аталық  пен аналықтан қаншама уытқып , өзгеріске ұшырағандығын статистикалық есептеу арқылы белгілі.Көбіне  сомалық будандар цитогенетикалық талдауға  түседі,яяғни хромосомаларының  құрылымы  мен саны зерттеледі.Бұл әдіс әсіресе алыс туыстардың будандарына қолайлы.Себебі олардың шығу тегіндегі аталық пен  аналық өсімдіктердің  хромосомалар арасында айырмашылық бар.Егер будандасқан түрлердің хромосомалыры морфология жағынан ұқсас болса ,онда оларды дәлірек айқындау үшін  дифференциялды  бояу әдісі қолданылады Бұл әдіс хромосомалардың  әрбір гомологиялық жұбына тән ерекше сызықтарын анықтайды.Бірақ цитогенетикалық талдау ылғи бірдей сенімді бола бермейді,өйткені in vitro өскен клеткалардың хромосомалары өте жиі өзгеріске ұшырайды.Көптеген зерттеушілер  биохимиялық талдау әдістерін кеңінен пайдаланады,әсіресе түраралық будандар үшін.Полиакриламидгелінде  электрофорезді жүргізіп ,одан кейін белгілі  ферменттік активтігі бар белоктарды ьояу арқылы изоферменттерді зерттеу-биохимиялық талдау әдістерінің ең қарапайым және тиімдісі.

16-билет

1.Протопластардан регенерат өсімдіктер шығару