植物细胞工程课件 第二章 细胞全能性及其生长调控.ppt

第二章细胞全能性及其生长调控 细胞全能性概念的拓展 利用培养细胞进行次生代谢产物的生产，是将细胞全能性概念从培养细胞的营养代谢角度得到了拓展。 1984年，国际组织培养协会对细胞全能性又给出了定义：细胞全能性概念为细胞的某种特征，有这种能力的细胞可保留形成有机体所有的细胞类型的能力。 根据脱分化细胞过程中细胞结构发生变化的时空顺序，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 细胞脱分化调控的实质是G0期细胞回复到分裂周期的调控过程。 细胞周期的主要调控分子： Cyclin（细胞周期蛋白） CDK（周期蛋白依赖激酶） CKI（周期蛋白依赖激酶抑制子） 植物激素与脱分化 植物激素是离体培养中所必需的条件，与植物激素相关的基因表达被认为是启动细胞脱分化的关键。 2,4-D诱导表达的基因par从叶肉原生质体cDNA主库中分离得到（Takahashi等,1989) 花粉富含硫蛋白基因NtEPa、NtEPb、NtEPc被克隆得到，其中NtEPc的表达与BA浓度有关。 激素的作用需要受体蛋白及其它信号转导过程的参与。 促分裂肽PSKα 、PSKβ被发现(Matsubayashi Sakagami,1996) PSKα在低细胞密度下能促进细胞启动分裂 PSKα基因的表达受NAA诱导 在PSKα 基因表达的同时细胞分裂才能被启动 细胞初期分裂方式与外植体细胞类型有关，如果外植体细胞均为正常二倍体细胞，第一次分裂通常是有丝分裂，如果外植体含有高倍化细胞，脱分化的第一次分裂可能是有丝分裂，也可能是无丝分裂。 2.2　植物细胞全能性表达与调控 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。 这种不经过愈伤组织直接发生器官的途径在以品种繁殖为目的的离体培养中具有重要的实践意义。 体细胞胚胎发生 这一定义有以下几方面的界定： 其一，体细胞胚是离体培养的产物，只限于离体培养范围使用，以区别于无融合生殖胚； 其二，体细胞胚起源于非合子细胞，以区别于合子胚； 其三，体细胞经过了胚胎发育过程，以区别与离体培中器官发生形成个体的途径。 2.3　动物细胞全能性特性 2.3.1 动物细胞的特点 如肌肉细胞为纺锤形，以便于行使收缩伸展功能；神经细胞具有很长的分支，很多的纤维，以便接受和传递刺激；红细胞呈园盘状，使其与外界接触面相对地增大，有利于和周围环境交换气体和在血管内流动；而上皮细胞由于它要覆盖于表面，常常相互挤压成不规则形状。 2.非贴壁依赖型 也称悬浮型，这类细胞培养时不贴附于支持物上，可在培养液中悬殊浮生长。来源于血液、淋巴组织的细胞。许多肿瘤细胞等均属于此类，细胞一般呈圆形。 3.兼性贴壁细胞 动物细胞培养中，有些细胞呈现双重性，既可以贴壁生长，也可以悬浮培养，如中国地鼠卵巢细胞、小鼠L929细胞等。 1、成纤维细胞型 2、上皮细胞型 3、游走细胞型 4、多型性细胞型 细胞形态变化，如细胞变小，黏附性减少，具有较高的核质比； 生长速率增加，倍增时间缩短； 对血清的依赖性减小； 贴壁依赖性降低； 细胞异倍体和非整倍体增加，细胞接种到体内后，生癌率上升。 2.3.2 动物全能性的局限性和可塑性 随着胚胎的发育，高等动物的细胞失去了发育成完整个体的能力，由全能性(totipotency)变成多能性(pluripotency)，进而变成单能性(monopotency)。 　　　如囊胚阶段的小鼠原始外胚层细胞能分化成包括生殖细胞在内的各种组织细胞，而成体中的表皮干细胞就只能分化形成皮肤细胞了。 由此可见，在发育过程中，随着细胞的分化，细胞的分化潜能逐渐变窄。 动物细胞的全能性随着细胞分化程度提高而逐渐受到限制，分化潜能变窄，这是指整体细胞而言。可是细胞核则不同，它含有物种的全套基因，并没有因细胞分化而丢弃基因，因此高度分化细胞的核仍具有全能性。 “多利”绵羊证明了一个已经完全分化了的动物体细胞仍然保持着当初胚胎细胞的全部遗传信息，并且经此技术处理后，体细胞恢复了失去的全能性形成完整个体。这就是说哺乳动物业已分化的细胞不具有细胞全能性的传统概念，在一定条件下是可塑的。 四. 培养条件下动物细胞的生理特点 1. 动物细胞的分裂周期长 　　动物细胞分裂周期一般为12～48小时，它不仅随细胞种属的不同而有差异，即使是同一种属，不同部位的细胞所需的时间也不同。此外，培养条件如温度、pH、培养基的成分等，也会影响分裂周期的长短。 2．接触抑制(contact inhibition)现象 　　除少数悬浮培养细胞外，大多数正常二倍体细胞的生长都需要在一定的基质（如玻璃、塑料等）上