chap.2 totipotence专用课件.pptVIP

第一节 细胞全能性及其表达 一个细胞所具有的产生完整生物个体的固有能力称之为细胞的全能性。 1900年孟德尔定律的重新发现使人们认识到, 染色体是遗传因子的载体。细胞具有同样数目的染色体，每个细胞自然就携带了彼此相同的全部遗传因子，因此也应当像受精卵一样，具备分化和发育的潜能。 1902年Haberlandt发表了著名论文《植物细胞离体培养实验》指出: 作为高等植物的器官和组织基本单位的细胞有可能在离体培养条件下实现分裂分化，乃至形成胚胎和植株。这种见解后来被称为细胞全能性学说（cell totipotency）。 植物细胞按照分裂能力分为三类： 一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它在自然部位上所处位置和生理状态。 二. 细 胞 脱 分 化 细胞生理与结构变化 细胞的脱分化过程可分为3个阶段： 细胞脱分化的调控机理 细胞周期调控（Hartwell；Hunt和Nurse，2001） cyclin CDK cyclin-dependent kinase CKI cyclin-dependent kinase inhibitor 与植物激素相关的基因表达与细胞脱分化 1996年首次发现PSKα, PSKβ （Matsubayashi和Sakagami） 水稻细胞质膜存在有120kD和160kD的PSKα的蛋白质受体。 烟草120kD蛋白为一受体激酶，含有一个胞外富亮氨酸重复结构域和一个信号转导结构域，与PSK高度亲合。过量表达受体蛋白基因，能显著提高愈伤组织生长 细胞脱分化与愈伤组织形成 细胞脱分化是细胞状态的改变，但成功的脱分化必然会导致细胞分裂， 对于单个细胞而言，分化细胞启动分裂发生在细胞完全脱分化之后 器官，组织培养时细胞分裂首先发生在伤口部位 三.培 养 细 胞 再 分 化 所谓细胞分化（Differentiation），是指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。 在离体条件下，当细胞脱分化以后，无序生长的细胞及其愈伤组织要重新进入有序生长进而才能再生个体，因此，通常把离体培养下的这一过程称为再分化（redifferentiation）。 从分化的遗传控制角度讲，细胞分化是各个处于不同时空条件下的细胞，基因表达与修饰差异的反应，所以，分化也可以说是相同基因型的细胞由于基因选择性表达所反应的不同表现型。 所谓极性（polarity）是指植物的器官、组织、甚至单个细胞在不同的轴向上存在的某种形态结构以及生理生化上的梯度差异。 极性的建立是维管发生的信号，极性建立后生长素按极性方向流动，导致TE细胞分化 通常把离体培养中TE（TE tracheary elements）细胞的出现作为组织分化的标志 TE细胞分化为植物细胞分化研究提供了模式体系 激素是离体培养条件下调控细胞脱分化和再分化的主要因素 细胞分裂素和生长素对于细胞生长和分化具有同等重要的协同作用. 它们的量与比值的不同配合，对细胞分化起着重要调节作用。 如果处理的先后次序不同，则影响分化效果。先用生长素处理，后用细胞分裂素处理，则有利于细胞分裂而不利于细胞分化；反之，则有利于细胞分化。如果两者同时处理，则可促使分化频率的提高。 越来越多的研究显示，植物激素对细胞生长与分化的调控是一个复杂的级联调控过程，离体培养条件下，由于外植体细胞所处的生理状态不同以及内源激素水平的差异，试图寻找外源激素水平在分化中作用的共同模式可能是很困难的。 第二节 器官发生 植物的离体器官发生是指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。 第二节 器官发生 经过愈伤组织的器官发生过程 不经过愈伤组织的器官发生 外植体不经过典型愈伤组织形成器官，有两种情况： 总体上说，被子植物比裸子植物容易培养，在被子植物中又以茄科、秋海棠科、景天科、苦苣苔科以及十字花科植物培养成功的报道最多。 无性繁殖植物在培养条件下有较强的器官分化的能力 同种植物不同品种（基因型）的培养效果具有较大差异 基因型对于培养反应的差异，器官分化能力的差异大于愈伤组织诱导的差异 不同基因型大豆上胚轴器官分化能力 玉米不同自交系幼胚培养器官分化能力 不同部位的的细胞培养反应有较大差异 离体培养下的器官分化在大多数情况下是通过外源提供适宜的植物激素而实现的 生长素与细胞分裂素在离体器官分化调控中占有主导地位 GA3, PSK在器官分化中也具有一定调控作用 生长素进入细胞后，一部分以游离状态存在，另一部分则与氨基酸结合形成生长素－氨基酸复合体。 与生长素结合的氨基酸主要为天门冬氨酸，也有谷氨酸。 光照是离体培养中比较复杂的调节因子，光照时间、强度以