第一章-细胞全能性与形态发生.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,不同细胞全能性差异,理论上，任何一个生活细胞都有全能性，但要首先回复到分生状态或胚性细胞状态。不同细胞回复能力不同。,合子及早期胚胎细胞均为胚性细胞。,植物胚胎干细胞：植物顶端分生组织细胞具有较强表达全能性能力。,完全失去分裂能力的细胞，如细胞核开始解体的筛管和木质部部分不能回复全能性。,三类植物细胞,茎尖、根尖、形成层细胞周期细胞,导管、筛管、气孔保卫细胞等特化细胞，终端分化细胞。,表皮细胞及各种薄壁细胞。受外界刺激后可重新启动分裂，称为G,0,细胞。,“生理脱离”效应：in vivo,细胞全能性不表达；in vitro，可再生。,外在调控：细胞的脱分化和再分化。,细胞或组织的离体培养技术就是细胞脱分化和再分化的控制过程。,全能性表达的基本前提：与母体的分离、激素的调控,细胞脱分化的3个阶段,1、启动阶段：细胞质增生，开始向细胞中央伸出细胞质丝，液泡蛋白体出现,2、演变阶段：细胞核向中央移动，质体转变为原质体,3、脱分化终结期：回复到分生细胞状态，细胞分裂即将开始。,细胞脱分化调控机理,2001，诺贝尔生理及医学奖得住Hartwell、Hunt、Nurse发现了cyclin、CDK、CKI。,CDK 引擎,Cylin 油门,CKI 刹车,激素的作用,激素是离体培养的必须条件，与植物激素相关的基因表达是启动细胞脱分化的关键。,激素并不直接作用于DNA而导致特定基因的激活，而是需要受体蛋白及其它信号转导过程的参与。,生长素感应：植物细胞感受生长素的信号时通过生长素受体和生长素分子相结合，使生长素受体被活化来完成。,细胞分裂与愈伤组织形成,多数情况下，细胞脱分化后进入细胞分裂的结果是形成愈伤组织，但不是脱分化必然形成愈伤组织。,愈伤组织内细胞并不均一。,脱分化是细胞生理状态的改变，形成愈伤组织是离体培养中的一个阶段。,三、细胞分化,细胞分化（differentiation）：导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在发育方式改变的过程。,再分化（redifferentiation）：离体条件下，细胞脱分化后，无序生长的细胞及其愈伤组织重新进入有序生长再生为个体的过程。,再分化过程事实是基因选择性表达与修饰的人工调控过程。,管家基因与奢侈基因,管家基因（house keeping gene）：维持细胞最低生命活动的基因，如组蛋白基因,奢侈基因（luxury gene）：与细胞行使特殊功能有关的基因，常在一定条件下大量表达。,细胞分化从基因调控水平上来说即是奢侈基因选择性表达的结果。,极性与细胞分化,极性（polarity）：植物细胞分化中一个基本现象。,细胞的不均等分裂是细胞极性建立的标志。,极性生长的重要原因：细胞内不同方向Ca,+,梯度分布。,激素在细胞分化中的作用,生长素能刺激木质部的发生。,生长素和细胞分裂素对于细胞生长和分化具有协同作用，不同的量比配合对细胞分化有重要的调节作用。,内源激素水平的差异使得对外源激素的反应不同。,先生长素后分裂素，利于细胞分裂；反之，利于分化。,植物细胞离体培养再生两条途径,1、器官发生（organogenesis）,2、体细胞胚胎发生（somatic embryogenesis),第二节 器官发生,植物的离体器官发生：培养条件下的组织或细胞团（愈伤组织）分化形成不定根（adventitious roots）、不定芽（adventitious shoots）等器官的过程。,一、离体培养中器官发生的方式,1、先芽后根，较为普遍。,2、先根后芽。,3、愈伤组织的不同部位形成芽和根，再通过维管组织的联系形成完整植株。,二、愈伤组织离体再分化器官的3个生长阶段,1、外植体经诱导形成愈伤组织。,愈伤组织callus calli 一团无序生长的细胞,2、“生长中心”形成：拟分生组织，细胞小，细胞质稠密，蛋白质合成丰富，液泡逐渐消失。由无序到有序。,3、器官原基及器官形成。,不经过愈伤组织形成器官原基的2种情况,1、外植体中已存在器官原基，如茎尖、根尖分生组织培养,2、外植体某些部位细胞，重新分裂后直接形成分生细胞团，形成器官原基。,三、起始材料对器官分化的影响,1、母体植株的遗传基础,被子植物比裸子植物容易,2、外植体类型,生理状态年轻，来源于生长活跃或生长潜力大的组织器官的细胞更易培养。,四、激素对器官分化的调控,IAA与KT比例高时利于根的形成，低时利于芽的形成,植物多肽PSK可极大加强基本激素的作用效果。,激素的活化形式和钝化形式,细胞分裂素自由碱基形式是活性形式，核苷形式为钝化形式。,生长素，游离态具有诱导和调控作用，与氨基酸等的复合体形式是钝化形式。,光照对器官发生的影响,诱导中暗培养或弱的散射光利于愈伤组织形成。,分化阶段一般每天光照1416h。,连续光照利于维管束形成,昼夜光照周期利于极性建立和形态发生。,第三节 体细胞胚发生,体细胞胚somatic embryo（胚状体embryoid）：离体培养下没有经过受精过程，但经过了胚胎发育过程所形成的胚的类似物。,1、离体培养,2、起源于非合子细胞,3、有胚胎发育过程，不同于器官发生途径,一、体细胞胚的形成,1、从外植体上直接发生,2、经过愈伤组织：,诱导形成愈伤组织；胚性化；体细胞胚形成。高浓度2,4-D可诱导愈伤组织产生；转到低浓度使胚性化。,3、细胞悬浮培养的体细胞胚发生,胚性细胞团：成簇成团的体积小而细胞质致密的细胞。,好的细胞系的获得途径,1、液体培养基中建立细胞悬浮系,2、固体培养基诱导胚性愈伤组织，再悬浮培养。,体细胞胚的结构与发育特点,体细胞胚发育成再生植株有两个特点：,1、双极性（double polarity）,2、生理隔离：体细胞形成后与母体的维管束系统联系较少。,体细胞胚与合子胚的不同,合子胚发育初期有明显的胚柄，体细胞胚只有类似胚柄的结构。,子叶不规范,体积小,干物质含量低,含水量高,没有休眠,影响体细胞胚发生的因素,1、外源激素的调控,2,4-D应用最为广泛。一般单子叶使用浓度高于双子叶。,一般形成球形胚后除去生长素利于胚的继续发育。,分裂素对于维持根和茎分生组织的生长发育有重要作用。常用BA。体细胞胚诱导中，分裂素浓度一般低于生长素。,2、培养基及条件的影响,体细胞胚发生要求培养基含有一定浓度 的还原态氮。,球形胚形成后，降低无机盐浓度可显著促进体细胞胚的进一步发育。,3、不同基因型间差异,自然条件下容易产生无融合生殖胚的植物易获得体细胞胚。,四、体细胞胚发生的生化基础,1、内源生长素的变化,外源通过内源起作用。,外源2,4-D效果好：细胞内高浓度的游离形式，对内源激素没有反馈抑制。,2、特异蛋白质,胚性愈伤组织的水溶性和盐溶性蛋白高，非胚性的醇溶性蛋白高。,