細(xì)胞全能性的課件資料

細(xì)胞全能性的課件資料第1頁/共44頁主要內(nèi)容細(xì)胞的全能性及其實(shí)現(xiàn)途徑脫分化與再分化形態(tài)發(fā)生途徑器官發(fā)生途徑體細(xì)胞胚途徑第2頁/共44頁一、細(xì)胞的全能性全能性：一個(gè)細(xì)胞所具有的產(chǎn)生完整生物個(gè)體的固有能力稱之為細(xì)胞的全能性。細(xì)胞學(xué)說：細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位遺傳學(xué)理論：細(xì)胞具有生物體全部的遺傳物質(zhì)第3頁/共44頁一、細(xì)胞的全能性細(xì)胞全能性的絕對(duì)性與相對(duì)性:不同細(xì)胞全能性的表現(xiàn)程度存在明顯的差異（動(dòng)、植物細(xì)胞差異尤其明顯）。即使是植物細(xì)胞，細(xì)胞全能性也并不意味著任何細(xì)胞均可以直接產(chǎn)生植物個(gè)體。第4頁/共44頁二、植物細(xì)胞的分類（依全能性）第一類：始終保持分裂能力的細(xì)胞如莖尖、根尖及形成層細(xì)胞最容易體現(xiàn)全能性第二類：永久失去分裂能力的細(xì)胞如篩管、導(dǎo)管、氣孔保衛(wèi)細(xì)胞等特化細(xì)胞最難實(shí)現(xiàn)全能性第三類：Go細(xì)胞如表皮細(xì)胞及各種薄壁細(xì)胞容易實(shí)現(xiàn)全能性總之，細(xì)胞分化程度越高，表達(dá)全能性越難。第5頁/共44頁第6頁/共44頁三、細(xì)胞全能性的實(shí)現(xiàn)1、細(xì)胞實(shí)現(xiàn)全能性必須具備兩方面的條件：內(nèi)在：具有全能性死細(xì)胞外在：脫離生物體（擺脫整體的控制）

培養(yǎng)條件（特別是激素的作用）第7頁/共44頁三、細(xì)胞全能性的實(shí)現(xiàn)2、細(xì)胞實(shí)現(xiàn)全能性的過程：通過脫分化和再分化脫分化（dedifferentiation）：培養(yǎng)條件下使一個(gè)已分化的細(xì)胞回復(fù)到原始無分化狀態(tài)或分生細(xì)胞狀態(tài)的過程。再分化（redifferentiation）：脫分化以后的無序生長(zhǎng)的細(xì)胞及其愈傷組織重新進(jìn)入有序生長(zhǎng)進(jìn)而再生生物個(gè)體的過程。（愈傷組織：離體培養(yǎng)條件下由外植體細(xì)胞形成的一團(tuán)疏松的薄壁細(xì)胞團(tuán)，具分裂能力，處于分生狀態(tài)。）第8頁/共44頁愈傷組織示意圖第9頁/共44頁第二節(jié)脫分化與再分化

脫分化和再分化是培養(yǎng)條件下的現(xiàn)象。脫分化的特征脫分化的過程脫分化的機(jī)理脫分化的結(jié)果一、脫分化第10頁/共44頁（一）、脫分化的特征中央大液泡消失（出現(xiàn)蛋白體）核小，位于邊緣體積增大，移至中央葉綠體原質(zhì)體（基粒片層解體出芽）細(xì)胞質(zhì)密度低內(nèi)膜細(xì)胞器顯著增加，胞質(zhì)變濃其中，液泡消失和葉綠體的轉(zhuǎn)變是脫分化的重要特征。第11頁/共44頁（二）、脫分化的過程啟動(dòng)階段：現(xiàn)為細(xì)胞質(zhì)增生，并開始向細(xì)胞中央伸出細(xì)胞質(zhì)絲，液泡蛋白體出現(xiàn)；演變階段：此時(shí)細(xì)胞核開始向中央移動(dòng)，質(zhì)體演變成原質(zhì)體；終結(jié)階段：細(xì)胞回復(fù)到分生細(xì)胞狀態(tài)，細(xì)胞其始分裂和進(jìn)行分化。第12頁/共44頁（三）、脫分化的機(jī)理細(xì)胞周期對(duì)脫分化的調(diào)控激素誘導(dǎo)表達(dá)基因與細(xì)胞脫分化PSK的發(fā)現(xiàn)及其對(duì)細(xì)胞脫分化的影響細(xì)胞脫分化與染色體解凝聚（促分裂肽）第13頁/共44頁（三）、脫分化的機(jī)理1.細(xì)胞周期與脫分化細(xì)胞脫分化調(diào)控的實(shí)質(zhì):即是G0期細(xì)胞回復(fù)到分裂周期的調(diào)控過程。細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)；cyclin-CDK植物細(xì)胞周期的調(diào)控主要有2類CDK（CDKa、CDKb）和2類cyclin（CycB、CycD）。CDKa/CycD磷酸化Rb（G1期限制點(diǎn)調(diào)控分子），使細(xì)胞通過“限制點(diǎn)”進(jìn)入分裂周期。CDKb與CycB以及相關(guān)的調(diào)節(jié)蛋白完成從S期到M期的調(diào)控。第14頁/共44頁（三）、脫分化的機(jī)理2.植物激素與脫分化生長(zhǎng)素類：IAA、NAA、2,4-D、IBA細(xì)胞分裂素類：KT、6-BA、ZT、2ip赤霉素類：GA3脫落酸：ABA乙烯：第15頁/共44頁（三）、脫分化的機(jī)理2.植物激素與脫分化植物激素誘導(dǎo)表達(dá)的一些基因，其產(chǎn)物啟動(dòng)了細(xì)胞的脫分化。例：Takahashi等（1989）從一個(gè)葉肉原生質(zhì)體cDNA文庫中分離到一個(gè)2,4-D誘導(dǎo)表達(dá)的基因，命名為par。par基因在細(xì)胞從G0期轉(zhuǎn)入S期的早期啟動(dòng)中具有功能性作用。培養(yǎng)材料接種到含2，4-D培養(yǎng)基中30min，檢測(cè)到par的表達(dá)，細(xì)胞周期研究表明在DNA合成之前。植物激素不直接作用于DNA，而是通過其受體蛋白的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑起作用。第16頁/共44頁（四）、脫分化的結(jié)果細(xì)胞脫分化是細(xì)胞狀態(tài)的改變，成功的脫分化絕大多數(shù)情況下導(dǎo)致細(xì)胞的分裂，通過分裂形成愈傷組織。細(xì)胞初期分裂方式與外植體細(xì)胞類型有關(guān)。為正常二倍體細(xì)胞，第一次分裂通常是有絲分裂；含有高倍化細(xì)胞，第一次分裂可能是有絲分裂，也可能是無絲分裂。有些外植體的細(xì)胞脫分化以后直接形成胚性細(xì)胞進(jìn)而形成體細(xì)胞胚。在極少數(shù)情況下脫分化細(xì)胞會(huì)不經(jīng)分裂直接分化形成其他類型的細(xì)胞。（轉(zhuǎn)分化）第17頁/共44頁體細(xì)胞胚離體培養(yǎng)下沒有經(jīng)過受精過程，但經(jīng)過了胚胎發(fā)育過程所形成的胚的類似物（不管培養(yǎng)的細(xì)胞是體細(xì)胞還是生殖細(xì)胞），統(tǒng)稱為體細(xì)胞胚或胚狀體。第18頁/共44頁（四）、脫分化的結(jié)果脫分化與愈傷組織的形成在性質(zhì)上是不能等同的，脫分化是細(xì)胞生理狀態(tài)的改變，而形成愈傷組織是離體培養(yǎng)中的一個(gè)階段。盡管細(xì)胞脫分化后進(jìn)入細(xì)胞分裂的結(jié)果，在大多數(shù)情況下是形成愈傷組織，但絕不是說所有的細(xì)胞脫分化的結(jié)果都必然形成愈傷組織。第19頁/共44頁(五)、愈傷組織的形成與調(diào)控愈傷組織的形成過程愈傷組織的類型愈傷組織的增殖愈傷組織的應(yīng)用愈傷組織的篩選第20頁/共44頁1.愈傷組織的形成過程Yeoman（1973）劃分為3個(gè)時(shí)期：誘導(dǎo)期（脫分化）：分裂期：外植體外層細(xì)胞開始分裂，中間部分靜止形成期：內(nèi)部細(xì)胞分裂，形成瘤狀、片狀分生組織（又稱分生組織節(jié)），是愈傷組織生長(zhǎng)中心。第21頁/共44頁1.愈傷組織的形成過程分裂期形成期第22頁/共44頁2.愈傷組織的類型王海波（1991）根據(jù)禾本科植物愈傷組織的特征將其分為三種類型，現(xiàn)在廣為借用。Ⅰ型：結(jié)構(gòu)致密、生長(zhǎng)緩慢、容易分化苗保守分裂型Ⅱ型：結(jié)構(gòu)松脆、生長(zhǎng)旺盛、色澤艷亢奮分裂型Ⅲ型：結(jié)構(gòu)松脆、生長(zhǎng)緩慢衰敗型第23頁/共44頁2.愈傷組織的類型結(jié)構(gòu)致密結(jié)構(gòu)松脆第24頁/共44頁2.愈傷組織的類型結(jié)構(gòu)致密結(jié)構(gòu)松脆第25頁/共44頁組織培養(yǎng)圖片展香石竹菊花花托百合根第26頁/共44頁2.愈傷組織的類型愈傷組織類型的影響因子：取材（外植體）:培養(yǎng)基中的氮源形態(tài):

NH4+促進(jìn)細(xì)胞分裂，NO3-抑制細(xì)胞分裂激素：生長(zhǎng)素促進(jìn)Ⅱ型(亢奮分裂型)，細(xì)胞分裂素促進(jìn)Ⅰ型。第27頁/共44頁3.愈傷組織的增殖原因：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)枯竭，代謝產(chǎn)物積累；發(fā)生分化增殖：將愈傷組織切成小塊增殖培養(yǎng)基生長(zhǎng)成菜花狀組織（生長(zhǎng)發(fā)生在不與培養(yǎng)基接觸面）第28頁/共44頁3.愈傷組織的增殖第29頁/共44頁4.應(yīng)用及篩選必備條件：穩(wěn)定性好，增殖旺盛應(yīng)用：再分化植株（高度的胚性或再分化能力）細(xì)胞培養(yǎng)（結(jié)構(gòu)松脆，容易分散）第30頁/共44頁二、再分化極性管狀分子細(xì)胞的分化（微管組織形成）細(xì)胞再分化途徑第31頁/共44頁二、再分化再分化（redifferentiation）：在離體條件下，當(dāng)細(xì)胞脫分化以后，無序生長(zhǎng)的細(xì)胞及其愈傷組織要重新進(jìn)入有序生長(zhǎng)進(jìn)而才能再生個(gè)體，通常把離體培養(yǎng)下的這一過程稱為再分化。細(xì)胞要進(jìn)行再分化，首先必須建立極性。第32頁/共44頁（一）、極性極性：指植物的器官、組織、甚至單個(gè)細(xì)胞在不同的軸向上存在的某種形態(tài)結(jié)構(gòu)以及生理生化上的梯度差異。極性建立：與質(zhì)膜離子通道的不對(duì)稱分布和細(xì)胞周質(zhì)微管重排有關(guān)。第33頁/共44頁（一）、極性在很多情況下，細(xì)胞的不均等分裂是是細(xì)胞極性建立的標(biāo)志。如：植物細(xì)胞的極性合子分裂形成基細(xì)胞和頂細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞卵裂形成動(dòng)物極細(xì)胞和植物極細(xì)胞第34頁/共44頁（一）、極性對(duì)離體培養(yǎng)的組織、細(xì)胞形成的脫分化細(xì)胞或愈傷組織而言，極性建立后，生長(zhǎng)素沿著極性方向流動(dòng)，導(dǎo)致管狀分子細(xì)胞（TE）的出現(xiàn)。通常把離體培養(yǎng)中TE細(xì)胞的出現(xiàn)作為組織分化的標(biāo)志。（再分化的標(biāo)志）管狀分子細(xì)胞（TE）？第35頁/共44頁（二）、管狀分子細(xì)胞的分化以百日草葉肉細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)楣軤罘肿蛹?xì)胞為例：第一階段：葉肉細(xì)胞脫分化第二階段：葉肉細(xì)胞向TE細(xì)胞轉(zhuǎn)分化第三階段：TE細(xì)胞特化階段，即細(xì)胞壁加厚，原生質(zhì)自溶，細(xì)胞骨架螺旋排列形成管狀細(xì)胞。最后TE細(xì)胞長(zhǎng)孔兩端穿孔與另一TE細(xì)胞相通，形成疏導(dǎo)組織。第36頁/共44頁（二）、管狀分子細(xì)胞的分化轉(zhuǎn)分化：細(xì)胞脫分化后不經(jīng)分裂直接轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N類型細(xì)胞的現(xiàn)象。第37頁/共44頁（二）、管狀分子細(xì)胞的分化管狀分子細(xì)胞的形成非常重要，它在維管的形成中具有中心作用，是維管發(fā)生的一個(gè)標(biāo)志。維管系統(tǒng)：水分、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)耐ǖ?，同時(shí)起機(jī)械支撐作用。離體培養(yǎng)中，沒有維管的形成，就不能保證營(yíng)養(yǎng)來源，也無法再形成新的植物個(gè)體。第38頁/共44頁（二）、管狀分子細(xì)胞的分化植物激素在維管分化中的作用激素是離體培養(yǎng)條件下調(diào)控細(xì)胞脫分化和再分化的主要因素，其中生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素是兩類主要的調(diào)控培養(yǎng)條件下細(xì)胞生長(zhǎng)和分化的植物激素。此外，在有些試驗(yàn)中也顯示，GA3、ABA、乙烯等也在細(xì)胞分化中起到一定調(diào)節(jié)作用。第39頁/共44頁（二）、管狀分子細(xì)胞的分化生長(zhǎng)素：刺激木質(zhì)部的發(fā)生將帶有2~3葉原基的莖尖嫁接到洋丁香的愈傷組織上，可誘導(dǎo)維管的形成。細(xì)胞分裂素：與木質(zhì)部發(fā)生有關(guān)激動(dòng)素可使煙草愈傷組織導(dǎo)管分化率提高30%。第40頁/共44頁（二）、管狀分子細(xì)胞的分化糖:生長(zhǎng)素對(duì)維管組織分化的影響與糖的存在有密切聯(lián)系。0.05mg/LIAA+1%蔗糖，Syringa愈傷組織中僅出現(xiàn)少量的木質(zhì)部0.05mg/LIAA+2%蔗糖，木質(zhì)部的形成量就較多

0.05mg/LIAA+2%~4%蔗糖，木質(zhì)部和韌皮部組織同時(shí)分化

0.05mg/LIAA+5%蔗糖，愈傷組織中形成的維管組織的主要成分是韌皮部，僅有少量木質(zhì)部。培養(yǎng)基的糖濃度？另外，有的雙糖如麥芽糖和海藻糖（Trehalose）對(duì)植物愈傷組織中的導(dǎo)管分化有促進(jìn)作用，而葡萄糖、果糖和其他單糖則沒有這樣的作用。培養(yǎng)基的糖種類？第41頁/共44頁（二）、管狀分子細(xì)胞的分化眾多的植物離體培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)證明，細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素對(duì)于細(xì)胞生長(zhǎng)和分化具有同等重要的協(xié)同作用，它們的量與比值的不同配合，對(duì)