Использование арабидопсиса как объекта генетических исследований.

Резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana): законы генетики и многое другое

Использование арабидопсиса как объекта генетических исследований.
Американские биологи обнаружили растение, наследование свойств у которого происходит иначе, чем предписывает классическая генетика. Исследования показали, что Arabidopsis thaliana способен замещать “ошибочный” генетический код, доставшийся от родителей, унаследованными через поколение фрагментами генома.

Впервые механизмы наследственности были описаны в 19 веке Грегором Менделем. Он установил, что генотип потомства определяется комбинациями генов родительских особей, и выявил принципы, заставляющие проявляться тот или иной признак.
Роберт Прюитт (Robert Pruitt) и его коллеги, обнаружившие необычное явление, попробовали объяснить его с микроскопических позиций.

Попытки найти хранилище “запасных” генов внутри самой ДНК успехом не увенчались: растение воспроизводило и те последовательности, которые не встречались нигде в исходной цепочке. Скорее всего, считает Прюитт, “память” о позапрошлом поколении хранится на альтернативных носителях генетической инфомации – молекулах РНК, с которых могут быть “списаны” отдельные участки ДНК.

Arabidopsis thaliana – родственное капусте сорное растение, геном которого был расшифрован первым. В 2000 году учёные смогли выписать последовательность из 115 миллионов нуклеотидов, определяющую порядка 25 тысяч генов.
Кроме того, это на первый взгляд невзрачное растение обладает рядом замечательных и интересных свойств.

Благодаря своим достоинствам растение стало любимым объектом исследователей. 
Растение-космонавт, растение – минер, растение-друг – какими только эпитетами не называли это удивительное растение. Arabidopsis thaliana – вид семейства Brassicaceae, родственник горчицы и капусты. Однако, в отличие от них является сорным растением.

 
Это растение способно к запоминанию и вычислениям. В частности, было замечено, что эта травка чётко посылает другим растениям сигналы тревоги. Но, как выяснилось, помогает она не только собратьям, но и людям.

Исследования, проведённые на резуховидке Таля, показали, что внутри растений существует механизм передачи информации о количестве и составе падающего света, чем-то похожий на нервную систему животных. Когда учёные облучали светом только один лист, во всех листьях растения начинались определённые химические реакции.

Что более удивительно, растения проявляли разное химическое реагирование на различный свет (красный, синий или белый), как будто у них есть механизм извлечения информации о свойствах света. Например, определённое облучение, а затем заражение растения патогенными бактериями резко повышало сопротивляемость этим бактериям по сравнению с другим, необлучённым растением.

Это свидетельствует о том, что растения обладают специфической памятью и могут, исходя из свойств света, определять наиболее опасные инфекции для текущего времени года, подстраивая под них свой иммунитет.  

Арабидопсис, или резуховидка Таля может оказывать помощь в разминировании мин…

Это растение известно тем, что краснеет в суровых условиях, а его генетически модифицированная версия краснеет от присутствия оксида азота, который испаряется из взрывчатых веществ. Таким образом, после распыления семян над минными полями и ожидания всхода этого растения, можно чётко определить, в каких местах находятся мины.

Резуховидка Таля имеет большое значение как объект изучения генома растений. В 2000 году был полностью расшифрован генетический код резуховидки, ставшей с тех пор образцом для понимания молекулярной биологии многих свойств растений. Учёные утверждают, что растения во время атаки способны выделять вещества, которые будут привлекать микроорганизмов-защитников. Исследователи заметили, что в строго назначенное вечернее время арабидопсис как по команде начинает выделять гормон жасминат, защищающий его от гусениц. И это время совпадает с началом ужина гусениц капустной совки.

После ряда экспериментов, создающих условия разных часовых поясов как для растений, так и для гусениц, американские учёные доказали, что арабидопсис управляет защитой против гусениц при помощи биологических часов. Гусеницы не трогали растения, выращенные в том же часовом поясе, но охотно поедали арабидопсис, выращенный в другом часовом поясе.

Растения значительно умнее, чем мы думали, у них есть способ получить помощь извне. Во время научного эксперимента листья Arabidopsis thaliana учёные заразили патогенной бактерией Pseudomonas syringae. Через несколько дней листья инфицированного растения пожелтели, и появились другие признаки болезни. Но те из инфицированных растений, на корни которых были поселены микробы Bacillus subtilis, которые являются микроорганизмами-защитниками, были полностью здоровы.
Учёные обнаружили передачу зова о помощи от листьев к корням у растений, живущих в почве, населенной микробами Bacillus. В ответ на сигнал о помощи корни растений выделяли органическую яблочную кислоту, привлекающую эти микроорганизмы. При этом эксперты подчеркивают, что практически все растения синтезируют яблочную кислоту, но только в особых условиях и для специфических целей. 

Растения постоянно общаются между собой на химическом уровне. Одним из средств передачи информации между растениями служит дружественный для них вид грибов, разветвление мицелия которых подсоединяется к корневой системе растений.

Таким образом, растения, подвергшиеся нападению насекомых-вредителей или птиц, незамедлительно передают информацию другим своим собратьям, имеющим с ними информационную связь посредством грибной микоризы.

Благодаря таким простым и гениальным средствам подземной коммуникации растения избегают распространения опасных заболеваний. Биохимические сигналы, которые пропускают через себя сети микоризы, есть, пожалуй, не что иное, как информация в её чистом, первозданном виде.

Таким образом, растения разных видов могут находить между собой общий язык, в чём и заключается секрет многообразия флоры нашей планеты и её жизнестойкости. 

Реакция растений различается в зависимости от того, лучом какого цвета на них воздействовать. Более того, если такой световой сигнал уловят только отдельные листья резуховидки, то реакция на него незамедлительно последует от всего растения.

  В ходе исследований выяснили, что арабидопсис реагирует на изменения климата, на потепление и его похолодание “включением” и “выключением” гена цветения. Этот опыт приспособления к изменениям климатических условий растение передаёт своим потомкам в виде генетической памяти.

В 1982 году арабидопсис, или резуха Таля побывал в космосе. Он зацвёл на борту советской космической станции. Космонавт Светлана Савицкая привезла из космоса 220 семян этого растения. Вырастив три поколения “космического” арабидопсиса, учёные получили удивительные результаты.

Оказалось, растения запомнили в каких условиях выращивались их предки.

Исследователи из Университета Миссури провели ряд сенсационных опытов, которые показали, что растения способны чувствовать, мыслить и даже общаться (воспринимать звуковые волны). Учёные опубликовали научный доклад, в котором говорится о том, что растения Arabidopsis воспринимают звуки, издаваемые гусеницами, поедающими листву.

По мнению учёных, услышав эти звуки, растения начинают защищаться от агрессора. Исследователи записали звуки, которые издаёт гусеница, поедая листья, после чего убрали гусеницу и воспроизвели возле растения только звуки.

При этом ученые обнаружили, что Arabidopsis принялись синтезировать больше горчичного масла, предназначенного для защиты от вредителей.

Руководитель научной группы Хайди Аппель считает, что растение реагирует на вибрации. При этом усиливается производство отравляющего вещества. 

Растения имеют врождённую способность проводить математические расчёты, которые помогают им регулировать запасы питательных веществ ночью.

К такому выводу пришли британские учёные: “Математические модели свидетельствуют о том, что количество крахмала, потреблённого за ночь, рассчитывается с помощью операций деления с вовлечением в процесс химических веществ, имеющихся в листьях”, – сообщает команда Центра Джона Иннеса в журнале e-Life.

Учёные говорят, что были поражены, когда обнаружили в биологии примеры сложных арифметических вычислений.

Сообщается также, что учёные изучали цветочное растение Arabidopsis, которое часто служит объектом опытов над флорой.

Ботаники из института Небраски установили механизмы, благодаря которым растения запоминают пережитое высушивание и становятся более устойчивыми к нему.
Исследователи использовали в своей работе классический модельный организм – Arabidopsis thaliana. Чтобы определить устойчивость растения к засухе, они извлекали его из почвы и высушивали на воздухе, а затем снова насыщали влагой. Периодически отбирая пробы листьев, ботаники наблюдали, как Arabidopsis теряет влагу. Оказалось, что растения, подвергшиеся стрессу во второй, третий и четвёртый раз с каждым разом сохраняют воду всё лучше.
Для того, чтобы установить, как растения запоминают пережитой стресс, биологи решили изучить гены, которые становятся активны только во время высушивания. Оказалось, что среди таких генов по крайней мере два – RD29B и RAB18 становятся «натренированными» из-за пережитого стресса. Их активность во время насыщения влагой падает до исходного состояния, но если высушивание повторяется, они включаются гораздо быстрее, чем в первый раз.
Исследователи выяснили, что такая готовность включиться, которая появляется у натренированных генов, объясняется двумя механизмами. Во-первых, поблизости скапливается активный фермент-включатель – РНК-полимераза, готовая сразу же начать работать, если вновь наступит стресс. Во-вторых, активная работа этих генов во время высушивания оставляет метки на поверхности нуклеосом – структур, на которые намотана ДНК. Гены на таких нуклеосомах работают активнее.
Память растений оказалась недолгой. Исчезает она всего через семь дней, о её наследовании речи не идёт. Однако механизмы такой памяти, включающие модификацию нуклеосом, всё чаще обнаруживаются у разных организмов. Некоторые из них такую память могут передавать по наследству. Подобная наследственность называется эпигенетической, то есть существующей «поверх» генетической, которая хранится в ДНК.

“,”author”:”Автор: Виктория”,”date_published”:”2020-02-13T00:42:00.000Z”,”lead_image_url”:”https://4.bp.blogspot.com/-PaAtyHDezJ4/VFzRfD6kQqI/AAAAAAAASq0/OwsjcuSWVLE/s1600/400px-Arabidopsis_thaliana_JdP_2013-04-28.jpg”,”dek”:null,”next_page_url”:null,”url”:”https://all-begonias-tamaravn.blogspot.com/2014/11/arabidopsis-thaliana.html”,”domain”:”all-begonias-tamaravn.blogspot.com”,”excerpt”:”Сорняк поставил под сомнение законы генетики. Американские биологи обнаружили растение, наследование свойств у которого происход…”,”word_count”:1286,”direction”:”ltr”,”total_pages”:1,”rendered_pages”:1}

Источник: https://all-begonias-tamaravn.blogspot.com/2014/11/arabidopsis-thaliana.html

II.4. Модельные объекты и их роль в генетическом анализе [1991 Орлова Н.Н. – Генетический анализ]

Использование арабидопсиса как объекта генетических исследований.

НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    СЛОВАРЬ-СПРАВОЧНИК    КАРТА САЙТА    ССЫЛКИ    О САЙТЕ

Особую роль в генетическом анализе играют так называемые модельные объекты, работая с которыми исследователь может значительно ускорить и облегчить процесс анализа. Модельным объектом обычно считают организмы, удовлетворяющие большинству требований экспериментатора при решении определенной генетической задачи, прежде всего обеспечивающие большую разрешающую способность анализа.

Впервые внимание к важности модельных объектов в генетических исследованиях привлек И. Г. Мендель. Он посвятил этому вопросу специальный раздел в работе “Опыты над растительными гибридами”, так и назвав его: “Выбор подопытных растений”.

Он писал, что выбор растительной группы, которая будет служить опытам, должен быть сделан с наивозможной осторожностью, если мы не хотим подвергнуть риску самый успех опыта (1965).

И далее перечислял качества, особенности растений, удобных для генетических опытов: наличие у них константных альтернативно проявляющихся признаков, хорошая плодовитость гибридов, простота постановки скрещиваний, сравнительно короткий период вегетации.

Со времен Менделя в практику генетических исследований введены многие модельные объекты, которые используются для решения различных генетических задач. Это дрозофила, кукуруза, мышь, арабидопсис, дрожжи, нейроспора, кишечная палочка (Е. coli) и др.

Рассмотрим некоторые эукариотические объекты, наиболее широко используемые в научных исследованиях и учебном процессе, и оценим их возможности и вклад в решение основных задач генетического анализа.

Дрозофила (Drosophila melanogaster)

Род Drosophila относится к семейству Drosophilidae отряда Diptera. К настоящему времени описано более тысячи видов, относящихся к этому роду. Генетически наиболее изучены Dr. melanogaster, virilis, funebris.

Дрозофила – один из прекраснейших модельных объектов, обладающий всеми качествами, необходимыми для успешного проведения генетического анализа. С 1909 г. в генетических экспериментах широко используют Dr. melanogaster.

Рис. II.6. Жизненный цикл дрозофилы (Drosophila melanogaster)

Дрозофила – насекомое с полным превращением. В лаборатории при оптимальной температуре (24-25°С) цикл ее развития проходит за 9-10 дней. Продолжительность стадий в этих условиях: яйцо – 1 день, личинка – 4,5-5 дней, куколка – 3,5- 4,5 дней, имаго. Личиночная стадия делится на три возраста – от линьки до линьки, перед окукливанием личинка теряет подвижность (рис.

II.6). Вылупившиеся самки в течение 6-12 час не способны к спариванию и оплодотворению, примерно 67% самцов в первые сутки спаривания бывают стерильными. Установлено, что самцы и самки становятся половозрелыми на вторые сутки после вылупления и максимальная половая активность и плодовитость проявляется у 4-5-дневных мух.

Для скрещивания используют только неоплодотзоренных (виргинных) самок, так как в семяприемнике оплодотворенной самки в течение нескольких суток (до 2-3 недель) может сохраняться сперма от предыдущей копуляции (длительность ее сохранения зависит от ее жизнеспособности и скорости расходования).

Молодые самки и самцы в течение первых 3-4 час после вылета имеют более длинное светлое тело, еще не расправившиеся крылья, сложенные на спинке. В последующие часы девственные самки не отличаются от оплодотворенных.

Отбор виргинных самок начинают обычно с первого дня вылета мух – сначала отбирают светлых виргинных самок, затем удаляют из пробирок всех вылетевших мух и дважды в день с интервалом около 10 час отбирают из культур всех вылетевших самок. Самки начинают откладывать яйца на 2-3-й день после вылупления.

Число яиц в суточной кладке быстро увеличивается и достигает максимума на 4-5-й день (50-70 яиц в сутки), затем интенсивность кладки медленно уменьшается. Репродуктивный период у самцов продолжается 20-50 дней, у самок – 30-80 дней. За этот период самки способны спариваться до 10 раз, и количество потомков одной самки может достигать 1-3 тыс.

Плодовитость мух зависит от плотности популяции и температуры содержания имаго. При высокой плотности культуры отмечено уменьшение плодовитости, причем реакция самок на плотность популяции – генетически обусловленный и изменчивый признак. Максимальная плодовитость проявляется при температуре 24°С, максимум интенсивности откладки при 28°С.

С понижением температуры развитие дрозофилы сильно замедляется, так при 10°С оно растягивается до 70 дней и больше. При повышении температуры развитие ускоряется. Однако следует помнить, что при температуре 31° самцы дрозофилы становятся стерильными из-за потери подвижности сперматозоидов, причем их фертильность восстанавливается при перенесении мух в нормальные условия.

Важно знать, что у самцов и самок дрозофилы имеются существенные различия в протекании мейоза. У самок зрелый овоцит I находится на стадии метафазы I, второе деление мейоза осуществляется в оплодотворенном яйце.

У самцов в профазе I отсутствуют стадии лептонемы, зигонемы, пахинемы, не образуется синаптонемный комплекс, отсутствуют хиазмы и не идет кроссинговер.

Это приводит к тому, что мейотические мутации проявляют свое действие либо только у самцов, либо только у самок.

К несомненным достоинствам дрозофилы следует отнести наличие огромного числа разнообразных мутаций, большинство из которых хорошо проявляется фенотипически, малое число хромосом (2n = 8), простоту разведения.

Не удивительно, что в течение многих лет (примерно до 40-х гг.) дрозофила была основным объектом в теоретических исследованиях и в учебном процессе по генетике.

Именно исследования на дрозофиле привели к разработке хромосомной теории наследственности, генетической теории определения пола, выяснению механизмов возникновения мутаций и разработке методов их количественной оценки, а также методов цитологического картирования на политенных хромосомах.

На дрозофиле изучали действие радиации и других мутагенных факторов, проведены исследования в области популяционной и эволюционной генетики. Число исследований на дрозофиле вновь резко возросло в последние 10-20 лет в связи с разработкой новых подходов и использованием методов молекулярной биологии, биохимии и генетической инженерии.

Это позволило проанализировать содержание и состав ДНК и РНК в метафазных и политенных хромосомах, структуру некоторых генов у дрозофилы. Политенные хромосомы используют для изучения процессов транскрипции и репликации ДНК, а также в филогенетических исследованиях разных видов Diptera.

Применение методов фракционирования белков позволяет изучать генетику изоферментов у дрозофилы, на основе которой строятся биохимические карты, изучается регуляция активности генов, контролирующих изоферменты, а также генная активность в онтогенезе.

Особый раздел работы на дрозофиле – культивирование эмбриональных клеток и имагинальных дисков – способствует решению проблем генетики соматических клеток и генетики развития. Среди замечательных заслуг дрозофилы следует назвать открытие мобильных генетических элементов (МГЭ) и супермобильных локусов. Можно сказать, что по полноте информации о структуре генома среди высших эукариот дрозофила стоит на первом месте.

Кукуруза (Zea mays Z.)

Кукуруза – один из основных объектов фундаментальных исследований в области генетики и селекции растений. Это раздельнополое однодомное растение из семейства Graminaceae. Ее диплоидный набор хромосом равен 20, хромосомы легко анализируется в световом микроскопе, т. е. удобны для цитогенетического анализа.

Простота кастрации (удаление мужских соцветий – метелок), наличие мутаций, вызывающих мужскую стерильность, возможность завязывания семян как при перекрестном опылении, так и при самоопылении, наличие огромного числа разнообразных мутаций облегчает работы по гибридизации.

Кроме того, кукуруза имеет высокий коэффициент размножения: пыльцой одного мужского соцветия можно опылить более 100 женских соцветий и получить при этом до 50 тыс. семян; за один день можно осуществить до 100 скрещиваний.

Именно поэтому она широко используется не только в научных исследованиях, но и в учебном процессе, так как на ее крупных женских соцветиях (початках) легко и просто проводить анализ расщеплений по признакам семян.

В настоящее время у кукурузы выявлены генные, хромосомные, геномные и цитоплазматические наследственные изменения; наилучшим образом изучены генные мутации. К 1980 г. описано до 450 генов, для 360 из них определены группы сцепления.

Изучены и описаны гены, контролирующие поведение хромосом в митозе и мейозе, ферментные системы, образование хлорофилла и других пигментов; структуры и функции вегетативных органов; структуру и окраску эндосперма; регуляторные системы, ответственные за мутабильность и экспрессию других генов, за развитие разных элементов системы размножения, обусловливающих мужскую и женскую стерильность, избирательность оплодотворения и т. д. У кукурузы найдены спонтанные и получены индуцированные различные хромосомные перестройки: нехватки, транслокации, дупликации, инверсии. В последние годы на ней широко используются транслокации для определения групп сцепления. Получены полиплоидные формы кукурузы, и многие из них хорошо изучены. Эуплоидная серия включает гаплоиды, диплоиды, триплоиды, тетраплоиды и др. Встречаются у кукурузы и анеуплоиды – трисомики и моносомики.

На кукурузе впервые наряду с дрозофилой были получены цитологические доказательства кроссинговера и открыты мобильные генетические элементы (Мак-Клинток, 1938, 1950).

На ней изучалось влияние длительного инбредирования и эффекты гетерозиса у растений и разрабатывались приемы гибридной селекции на основе получения и скрещивания чистых линий (межлинейные и двойные межлинейные гибриды); хорошо изучены цитоплазматические мутации, особенно мутации, связанные с цитоплазматической мужской стерильностью (ЦМС), использование которой составляет одно из достижений генетики кукурузы и генетики растений в целом.

Дрожжи (Saccharomyces cerevisiae)

Дрожжи – одноклеточные грибы – относятся к классу Ascomycetes. Дрожжевая клетка содержит дискретное ядро, окруженное ядерной мембраной, и другие органеллы (например, митохондрии), а также два типа плазмид. Жизненный цикл включает гапло- и диплофазу.

В зависимости от соотношения этих фаз различают гомоталличные дрожжи, у которых гаплоидны только аскоспоры, и гетероталличные с устойчивыми гапло- и диплофазами. Их вегетативные диплоидные клетки (2n = 34) образуются при копуляции гаплоидных клеток противоположных типов спаривания – а и α.

Эти клетки неограниченно долго растут и образуют колонии, размножение которых осуществляется почкованием. Вегетативные гаплоидные клетки могут служить в качестве гамет. Для получения гибридов гаплоидные клетки а- и α-типов выращивают в жидкой среде в течение одних суток.

Образовавшиеся при этом диплоидные зиготы изолируют из смеси родительских клеток либо микроманипулятором, либо с помощью генетических маркеров на селективных средах. Важно, что смена дипло- и гап-лофаз легко контролируется экспериментально путем переноса диплоидных зигот на бедную среду, содержащую только ацетат “атрия.

В этих условиях диплоидная зигота вступает в мейоз, в результате которого образуется 4 гаплоидных аскоспоры, расположенных в сумке случайным образом. Слияние аскоспор противоположных типов спаривания вновь приводит к образованию-диплоидных клеток (рис. II. 7).

Рис. II.7. Жизненный цикл дрожжей (Saccharomyces cerevisiae)

Для изучения мейотического расщепления выделяют аскоспоры, проращивают их и учитывают фенотипы развившихся от них культур, т. е. регистрация расщепления проводится на гаплоидном уровне. Расщепление анализируется либо на случайной выборке спор, либо методом тетрадного анализа (см. гл. III).

Все штаммы Saccharomyces cerevisiae могут расти как в аэробных, так и в анаэробных условиях, что делает их хорошим объектом для изучения генетики митохондрий. К недостаткам дрожжей можно отнести очень мелкие, практически невидимые в световом микроскопе хромосомы, что исключает возможность проведения на них цитогенетических исследований.

Первые работы по генетике микроорганизмов связаны с дрожжами. Это изучение влияния рентгеновских лучей на изменчивость (Надсон, Филиппов, 1925). С 1937 г.

начались систематические работы по гибридизации дрожжей.

На них проведено изучение механизмов конверсии генов и разработаны модели рекомбинационного анализа; они используются почти во всех экспериментах по биохимической и молекулярной генетике.

Нейроспора (Neurospora crassa)

Нейроспора – хлебная плесень – многоклеточный гриб, его вегетативное тело состоит из нитей (гифов), переплетение которых образует мицелий. Клетки гриба многоядерны, и ядра гаплоидны, перегородки между стенками клеток мицелия имеют отверстия, так что цитоплазма гриба объединена.

На гифах формируются вегетативные споры (конидии) с разным числом ядер: многоядерные макроконидии или одноядерные микроконидии, при прорастании которых вновь образуется мицелий. Таким образом, бесполое размножение нейроспоры осуществляется прорастанием спор.

Мицелии диких штаммов способны к неограниченному росту.

На соответствующих средах гриб образует плодовые тела, называемые перитециями.

Для полового размножения необходимо участие двух плесеней противоположных типов спаривания А и а. Половой процесс, носящий название гаметангиомии, осуществляется с участием специализированных клеток – гаметангиев. Женский гаметангий состоит из двух частей – аскогона и тонких длинных волокон – трихогин (от греч. трихос – волос, гине – самка).

В качестве мужского гаметангия выступают гаплоидные микроконидии. При оплодотворении конидия по трихогине попадает в аскогон. Гаплоидные ядра после плазмогонии объединяются попарно, образуя дикарион. Из аскогона вырастают аскогенные гифы, в которых ядра дикариона синхронно делятся.

На аскогенных гифах в плодовых телах (перитециях) развиваются сумки (аски). После оплодотворения оба гаплоидных ядра существуют некоторое время раздельно и многократно делятся митотически, образуя множество аскогенных гиф. Спустя определенное время кончик каждой аскогенной гифы выпячивается и изгибается.

Ядра в ней делятся митотически, и образуются четыре гаплоидных ядра. Затем возникают три клетки, две из них содержат по одному, и одна-два гаплоидных ядра, которые сливаются и образуют диплоидное ядро зиготы. Зигота делится мейотически, при этом в обоих делениях сохраняется ориентация веретена и споры располагаются в определенном (линейном) порядке.

Четыре гаплоидные споры еще раз делятся митотически и образуется аск с 8 упорядоченными спорами, расположенными вдоль оси аска (рис. II. 8).

Рис. II.8. Жизненный цикл нейроспоры (Neurospora crassa) Аспергилл (Aspergillus nidulans)

Гифы разных штаммов нейроспоры могут сливаться и образовывать гетерокарион, содержащий ядра разного генотипа, на котором могут формироваться как гомо-, так и гетерокариотические макроконидии, а также микроконидии с генотипами исходных штаммов.

В генетических исследованиях нейроспора появляется в 40-х гг. нашего столетия, и опыты на ней позволяют сформулировать основополагающую гипотезу “один ген – один фермент”.

На нейроспоре получены прямые доказательства закона чистоты гамет, прохождения кроссинговера на стадии четырех нитей; разработан метод тетрадного анализа, на ней ведется изучение митохондриального наследования; биохимических и молекулярных генетических процессов.

Представитель класса Ascomycetes из семейства Aspergillaceae. Это гомоталлический гриб, половой цикл которого сходен с циклом нейроспоры. Бесполое размножение осуществляется с помощью конидий. Мицелий диких штаммов не способен к неограниченному росту, он образует многочисленные гаплоидные зеленые колонии (n = 8).

На питательной среде примерно через 6 час конидии прорастают, и из каждой конидии образуется бесцветная гифа, разделенная на множество клеток с помощью перегородок с отверстиями, через которые ядра могут перемещаться из клетки в клетку. Гифы, переплетаясь, образуют мицелий.

Через 20 час начинается созревание мицелия, его ядра увеличиваются, хромосомы большинства клеток становятся политенными. В клетках, в которых не происходит политенизации хромосом, при их дифференцировке возникают особые гифы – конидионосцы. На конце конидионосца формируется пузырек, который отделяется от него перегородкой.

При созревании пузырька образуются выросты – одноядерные клетки (первичные стеригмы). Последние образуют одну или две вторичные одноядерные стеригмы, при делении которых формируется шарообразная конидия. После 100 делений возникают цепочки одноядерных конидий, которые постепенно стареют, меняя цвет, и отмирают.

Но многие из них сохраняют жизнеспособность в течение нескольких лет. Цепочки конидий образуют колонообразную головку. Гифы разных мицелиев могут срастаться, при этом образуется гетерокарион, содержащий ядра разных генотипов.

Если конидионосец формируется на гетерокариотическом мицелии, то образующиеся цепочки конидий могут быть генетически и фенотипически различными (так как в каждую конидиогенную клетку попадает только одно ядро), например, зелеными и белыми.

Половой процесс у аспергилла протекает на среде, содержащей мало азота и много восстановителей. При этом формируются половые органы – спирально закрученные, короткие гифы, при слиянии которых возникает двуядерная клетка, от которой отходят многочисленные аскогенные гифы. Ядра в этих гифах делятся митотически и после деления остаются рядом.

Аскогенные гифы обрастают мицелием и превращаются в примордий, развивающийся в клейстотеций, в котором формируются аски. Гаплоидные ядра родоначальников асков сливаются и сразу же происходит мейоз, образуется 4 гаплоидных дочерних ядра, которые делятся митотически и превращаются в аскоспоры, расположенные в аске беспорядочно.

Количество асков в зрелом клейстотеций может колебаться от 10 до 100 000 (рис. II. 9).

Рис. II.9. Жизненный цикл аспергилла (Aspergillus nidulans)

На аспергилле Понтекорво с сотрудниками (1952) открыл парасексуальный процесс, доказав существование митотической рекомбинации. Это дало возможность использовать парасексуальный процесс в генетическом анализе не только на аспергилле, но и на других грибах.

На аспергилле впервые был разработан специальный метод картирования с использованием гаплоидизации гетерозиготных диплоидов, на нем применяют те же методы генетического анализа, что и на других микроорганизмах – анализ случайной выборки спор, митотической сегрегации и др.

Следует указать, что для каждого генетического объекта создается своя собственная генетическая номенклатура, символика, с помощью которой обозначаются доминантные и рецессивные мутации, хромосомные перестройки, записываются генотипы линий и штаммов. Объем настоящего пособия не позволяет привести генетическую номенклатуру модельных объектов, с ней можно ознакомиться в литературе, приведенной в конце главы.

Источник: http://genetiku.ru/books/item/f00/s00/z0000016/st014.shtml

Арабидопсис на Земле и в космосе

Использование арабидопсиса как объекта генетических исследований.
02.12.2018

Резуховидка (или резушка) Таля, известная также как арабидопсис (лат. Arabidopsis thaliana, семейство Капустные) – однолетнее, редко двухлетнее, цветковое травянистое растение, происходящее из регионов Евразии и Африки.

Сегодня его можно встретить практически на всех континентах и во всех климатических зонах, исключая зону вечной мерзлоты. Широко распространено как сорная культура на пустошах, обочинах дорог, железнодорожных насыпях, бросовых землях, на полях, в общественных садах и других открытых территориях с сухой, рыхлой и относительно плодородной песчаной почвой.

Часто является пионером в освоении скалистых, песчаных, известковых участков, а также территорий с нарушенной средой обитания. 

Впервые арабидопсис был описан в 1577 году немецким ботаником Йоханнесом Талом (1542 – 1583), который назвал его Pilosella siliquosa. А в 1753 году известный шведский учёный Карл Линней (1707 – 1778) переименовал это растение в честь Тала, после чего оно стало известно как Arabis thaliana.

Британский естествоиспытатель Чарльз Александр Джонс (1811 – 1874) в своей популярной книге «Flowers of the Field» упоминает об арабидопсисе как совершенно неприметной культуре, состоящей из розетки невзрачных, серовато-зелёных, иногда с пурпурным оттенком по краям зубчатых листьев и тонких, невысоких (5 – 30 см) ветвящихся стеблей. 

Во время цветения на них образуются мелкие, 2 – 4 мм в диаметре, белые, четырёхлепестковые цветы, собранные в щитковые верхушечные соцветия.

В ночное время или дождливую погоду соцветия наклоняются к земле, чтобы сохранить пыльцу от влаги. Растение самоопыляемо на 99%.

Возможно также и перекрестное опыление арабидопсиса одинокими пчелами, трипсами и другими мелкими насекомыми, но ввиду его ничтожных размеров почти не распространено. 

Развитие, цветение культуры и созревание плодов происходит преимущественно в апреле – мае, но, как типичный полевой сорняк, арабодопсис может расти и в другое время.

Его корневая система состоит из центрального стержневого корня, достигающего в глубину до 40 см, от которого образуются более тонкие и мелкие боковые. Корневая система вступает в симбиоз с определёнными представителями ризосферных бактерий (Bacillus megaterium).

Плод арабидопсиса представляет собой стручок длиной 5 – 20 мм, внутри которого находятся от 20 до 30 шт. мелких (шириной около 1 мм и длиной 1 – 2 мм) семян цилиндрической формы. 

Арабидопсис – типичный представитиель эфемеров, его короткий жизненный цикл длится около шести – восьми недель. То есть за год растение может произвести до 8 поколений, каждое из которых образует более 1000 семян.

Самое удивительное свойство арабидопсиса состоит в том, что его геном – один из самых коротких среди цветочных растений и составляет всего 157 Мbp (млн.

пар нуклеотидов ДНК), а количество пар хромосом равно пяти и содержит примерно 25 500 генов. 

Учитывая при этом возможность выращивания растения в маленьком, ограниченном пространстве, благодаря его небольшим размерам, арабидопсис представляет собой идеальный материал для исследований по изучению генетической, клеточной и молекулярной биологии цветковых растений.

Его легко можно выращивать в лабораторный условиях, используя чашки Петри и ультрафиолетовое освещение. По популярности среди молекулярных биологов и ученых-генетиков арабидопсис успешно соперничает с дрозофилой фруктовой и домовой мышью, являясь их аналогом в растительном мире.

 

Ботаники и биологи занялись исследованием Arabis thaliana в начале 1900-х годов, а первое систематическое описание мутирующих форм появилось в 1945 году. В 1956 году генетик Джоржд Редей представил в США это растение для генетических изысканий.

Немецкий ботаник Фридрих Лайбах вместе со студентами продолжили исследования с этим растением в Европе, а ученый Джон Лангридж из Австралийского национального университета и немецкий ученый-агроном, генетик Герхард Рёбеллен также выбрали в качестве объекта для изучения в своих тезисных проектах арабидопсис. 

В 1965 году, в Гёттингене (Германия) состоялась первая международная научная конференция по результатам изучения арабидопсиса. И уже с 1980-х годов растение широко используется в исследовательских лабораториях во всем мире.

Среди возможных претендентов на роль генетической модели, включавших такие культуры как кукуруза, табак и петуния, предпочтение было отдано арабидопсису Таля. Особый успех растения в качестве генетического модельного объекта датируется 1986-м годом, когда была описана трансформация, связанная с Т-ДНК и получен первый клонированный ген Arabis thaliana.

Различные опыты с арабидопсисом привели к многочисленным открытиям в приобретении знаний о механизме повышения устойчивости растений к различным заболеваниям. 

Арабидопсис стал первым растением, чей геном был полностью секвенирован, т. е. полностью определена последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК (2000 г.).

Но, пожалуй, наиболее удивительный факт, связанный с этой культурой – это то, что арабидопсис оказался первым растением, выращенным в космосе, в условиях отсутствия гравитации.

В 1982 году, на борту космической орбитальной станции «Салют-7» из привезенных с Земли семян арабидопсиса удалось получить полноценное растение, которое после цветения дало новые семена в количестве 200 шт. и полностью завершило свой жизненный цикл за период, равный 40 суткам.  

Сегодня на Международных орбитальных станциях Европейского космического агентства продолжаются текущие исследования Arabis thaliana с целью изучения роста и размножения растений в условиях микрогравитации, их реакцию на световые и гравитационные факторы. Эти новые знания помогут расширить возможности и усовершенствовать технологии выращивания различных культур, в т. ч. сельскохозяйственных, с целью повышения их урожайности в условиях Земли и космоса.

Источник: https://agrostory.com/info-centre/knowledge-lab/arabidopsis-na-zemle-i-v-kosmose/

Это замечательное растение-Arabidopsis thaliana( резуховидка Таля).. Обсуждение на LiveInternet – Российский Сервис Онлайн-Дневников

Использование арабидопсиса как объекта генетических исследований.
Четверг, 13 Декабря 2012 г. 00:23 + в цитатник
Arabidopsis thaliana( резуховидка Таля)

Это на первый взгляд невзрачное растение ,обладает рядом замечательных и интересных свойств. Благодаря своим достоинствам растение стало любимым объектом исследователей.Речь пойдет о Arabidopsis thaliana резуховидки Таля.

Растение-космонавт, растение – минер, растение -друг- какими только эптетами можно назвать это удивительное растение.Arabidopsis Thaliana – вид семейства Brassicaceae, родственник горчицы и капусты. Однако, в отличие от них является сорным растением. Это растение способно к запоминанию и вычислениям.В частности, было замечено, что эта травка четко посылает другим растениям сигналы тревоги.

Но, как выяснилось, помогает она не только собратьям, но и людям.

Исследования, проведённые на резуховидке Таля, показали, что внутри растений существует механизм передачи информации о количестве и составе падающего света, чем-то похожий на нервную систему животных. Когда учёные облучали светом только один лист, во всех листьях растения начинались определённые химические реакции. Что более удивительно, растения проявляли разное химическое реагирование на различный свет (красный, синий или белый), как будто у них есть механизм извлечения информации о свойствах света. Например, определённое облучение, а затем заражение растения патогенными бактериями резко повышало сопротивляемость этим бактериям по сравнению с другим, необлучённым растением. Это свидетельствует о том, что растения обладают специфической памятью и могут исходя из свойств света определять наиболее опасные инфекции для текущего времени года, подстраивая под них свой иммунитет. Арабидопсис или резуховидка Таля может оказывать помощь в разминировании мин.. Это растение известно тем, что краснеет в суровых условиях, а его генетически модифицированная версия краснеет от присутствия оксида азота, который испаряется из взрывчатых веществ. Таким образом, после распыления семян над минными полями и ожидания всхода этого растения, можно чётко определить, в каких местах находятся мины. Резуховидка Таля имеет большое значение как объект изучения генома растений. В 2000 году был полностью расшифрован генетический код резуховидки, ставшей с тех пор образцом для понимания молекулярной биологии многих свойств растений. Ученые утверждают, что растения во время атаки способны выделять вещества, которые будут привлекать микроорганизмов-защитников.. Исследователи заметили, что в строго назначенное вечернее время арабидопсис как по команде начинает выделять гормон жасминат, защищающий его от гусениц. И это время совпадает с началом ужина гусениц капустной совки. После ряда экспериментов, создающих условия разных часовых поясов как для растений, так и для гусениц, американские ученые доказали, что арабидопсис управляет защитой против гусениц при помощи биологических часов. Гусеницы не трогали растения, выращенные в том же часовом поясе, но охотно поедали арабидопсис, выращенный в другом часовом поясе. Растения значительно умнее, чем мы думали, у них есть способ получить помощь извне. Во время научного эксперимента листья Arabidopsis thaliana ученые заразили патогенной бактерией Pseudomonas syringae. Через несколько дней листья инфицированного растения пожелтели, и появились другие признаки болезни. Но те из инфицированных растений, на корни которых были поселены микробы Bacillus subtilis, которые являются микроорганизмами-защитниками, были полностью здоровы. Ученые обнаружили передачу зова о помощи от листьев к корням у растений, живущих в почве, населенной микробами Bacillus. В ответ на сигнал о помощи корни растений выделяли органическую яблочную кислоту, привлекающую эти микроорганизмы. При этом эксперты подчеркивают, что практически все растения синтезируют яблочную кислоту, но только в особых условиях и для специфических целей.Растения постоянно общаются между собой на химическом уровне.. Одним из средств передачи информации между растениями служит дружественный для них вид грибов, разветвление мицелия которых подсоединяется к корневой системе растений. Таким образом, растения, подвергшиеся нападению насекомых-вредителей или птиц, незамедлительно передают информацию другим своим собратьям, имеющим с ними информационную связь посредством грибной микоризы. Благодаря таким простым и гениальным средствам подземной коммуникации растения избегают распространения опасных заболеваний. Биохимические сигналы, которые пропускают через себя сети микоризы, есть, пожалуй, не что иное, как информация в её чистом, первозданном виде. Таким образом, растения разных видов могут находить между собой общий язык, в чём и заключается секрет многообразия флоры нашей планеты и её жизнестойкости. реакция растений различается в зависимости от того, лучом какого цвета на них воздействовать. Более того, если такой световой сигнал уловят только отдельные листья резуховидки ( а именно этот вид использовали в качестве «лабораторной мыши») реакция на него незамедлительно последует от всего растения. Как доказывают современные исследователи, растения обладают хорошей памятью и могут, буквально, читать наши мысли на расстоянии.Так, что если задумаете что-то плохое в отношении цветка,знайте- он это запомнит. Плохие, негативные слова очень ранят нашу человеческую душу.Не зря существуют поговорки:” Доброе слово лечит, а плохое – калечит”. Плохие слова могут оказаться страшнее мин: они «взрываются» в генетическом аппарате человека, искажая его наследственные программы, вызывая мутации, в конце концов приводящие к вырождению. Во время отборной брани корежатся и рвутся хромосомы.Оказывается, такое воздействие они оказывают и на растения.Так, опытам подверглись семена растения арабидопсис. В течение нескольких недель регулярно – по три-четыре часа в день – магнитофон поблизости от них «начитывал» грубые фразы. В результате большинство семян погибли. А выжившие стали генетическими уродами. А вот когда тот же самый магнитофон стал воспроизводить слова добрые, «теплые» – аппарат зафиксировал, как стала меняться структура молекул ДНК. Разорванные спирали «срастались», семена ожили и взошли. А в контрольной группе они так и остались мертвыми.Да уж, доброе слово и кошке приятно и растениям тоже.Так. что , когда поливаете свои комнатные растения, говорите побольше им ласковых слов- они это любят, так же как и мы. У нас очень много общего.У корней растений и нервов одинаковый механизм роста.Нервы растут , используя сходные механизмы.Это было доказано в ходе исследований на примере арабидопсиса .Белок этого растения так же действует, по тому же механизму, что и белок атластин млекопитающих. В ходе исследований выяснили , что арабидопсис реагирует на изменения климата, на потепление и его похолодание “включением” и “выключением” гена цветения.Этот опыт приспособления к изменениям климатических условий растение передает своим потомкам в виде генетической памяти. В 1982 году арабидопсис или резуха Таля побывал в космосе. Он зацвел на борту советской космической станции.Космонавт Светлана Савицкая привезла из космоса 220 семян этого растения.Вырастив три поколения “космического” арабидопсиса , ученые получили удивительные результаты. Это растение запомнило в каких условиях выращивались их предки.Микрофотографии этого арабидопсиса.

Хаити Пейвс – исследователь из Таллиннского университета технологий – использовал конфокальную микроскопию для создания этого необычного снимка цветка арабидопсиса, который является распространенным модельным организмом в биологии растений и генной инженерии. Эта фотография заняла 8-ое место на конкурсе «Olympus BioScapes Digital Imaging 2009». (Heiti Paves)

Ранняя стадия развития семязачатка сорняка Arabidopsis thaliana (увеличение х20). Фото сделано в школе биологических наук Оксфордского университета. (DR. JOHN RUNIONS / BARCROFT MEDIA)

Стебель сорной травы арабидопсис (Arabidopsis) . В стебельке показано деление клеток и выявлены гены (Фернан Федеричи (Fernan Federici) и д-р Лионель Дюпюи (Dr Lionel Dupuy)). В этой конфокальной микрографии использованы флюоресцентные маркеры, чтобы выявить, где проявляются отдельные протеины. Арабидопсис стал первым растением, для которого была расшифрована вся последовательность генома.

растение Arabidopsis thaliana под микроскопом2.микрофотография пыльника резуховидки Таля это завязь арабидопсиса, она же резуховидка под микроскопом

[more/]

растения Резуховидка Таля природа космос  

Процитировано 3 раз

Понравилось: 3 пользователям

Источник: https://www.liveinternet.ru/users/4819082/post252124838

Medic-studio
Добавить комментарий