植物细胞全能性和再生

细胞全能性和多能性是植物再生的细胞学基础. 2005年, Science杂志公布了125个最具挑战性的科学问题,其中植物细胞全能性被列为最重要的25个科学问题之一.植物体细胞的命运如何在激素作用下进行重编程,通过细胞分裂和分化发育成为一个独立的植株或器官是建立植物高效再生方法的理论基础.植物再生技术的发展和基因组编辑技术的应用将引领作物分子育种技术的变革,培育出更多高产、多抗、环境友好的未来作物,助推世界农业的可持续发展.本文回顾了新中国成立70年以来我国在植物组织培养和细胞全能性领域的研究成果和发展历程,通过总结国内外最新的研究进展提出本领域亟需回答的重要科学问题以及学科将来的发展方向.     

植物体细胞的遗传变异

植物组织和细胞培养研究的迅速进展已使 将在微生物中发展起来的近代生物学技术应用 于高等植物成为可能,并正在为作物的遗传育 种开辟新的途径。从理论上说,生物体的每个 细胞归根到底均来之于受精卵,因此在遗传上 应具有相同的潜能。由高等植物细胞在培养中 所表现出的“全能性”(Totipotency）也证实了 此点。事实上,在完整的植物体中体细胞的变 异还是经常发生的,而在植物组织和细胞培养 中,这种情况更是常见,例如：培养细胞及其再 生植株中染色体的变化、器官或胚状体发生能 力的改变以致丧失、再生植株出现与原亲本不 同的性状等等。由于在单细胞培养中能再生形 成完整植株的植物种类越来越多,在完整植物 体上或在离体培养中所发生的体细胞变异就可 能通过再生植株的比较而得以研究。至今已知, 在这些变异中,有些是由于生理上的原因造成 的,是不能遗传的;而另一些则可以通过有性世 代或无性繁殖稳定地维持下去,是可遗传的变 异。本文着重讨论后一情况,即植物体细胞的 遗传变异及其利用。     

固定化植物细胞

许多世纪以来,人们已广泛应用了源于植物的许多物质,已知大约3万种天然产物中80％以上取自植物,特别是高等植物。这些物质在临床、食品及化工方面均发挥了重要作用。这类天然产物大都具有较为复杂的化学结构,其中某些迄今仍无法人工合成。许多科学工作者对植物细胞培养进行的研究都证明植物细胞具有“全能性”(totipotency)。所谓全能性,是指任何生活的有核实体细胞都具有完整的遗传表达的能力,这种能力与细胞的来源无关。从培养的细胞不但有可能再生出完整的植株,也能产生原有的植物产物。     

海鞘再生的细胞学过程及其调控机制研究进展与展望

再生现象在后生动物中普遍存在,但不同物种的再生能力存在显著差别。无脊椎动物如水螅和涡虫等再生能力较强,具有部分组织或细胞即可再生出一个完整个体的能力,被称为整体再生;而脊椎动物的再生能力相对较弱,局限在某些特定器官或身体结构,被称为部分再生,如蝾螈的附肢。海鞘作为进化上介于无脊椎动物与脊椎动物之间的尾索动物,既包括具备整体再生能力的群居类型,如拟菊海鞘(Botrylloides leachii),其可以利用部分血管残片即可再生出完整个体;也包括只具有部分再生能力的单体海鞘类型,如玻璃海鞘(Ciona robusta),其只有出入水管和神经复合体等器官才可再生。鉴于海鞘的进化地位及其具有的不同再生能力类群,近年来逐渐成为研究再生的理想模式动物。该文系统分析总结了海鞘不同类群所具备的整体再生和部分再生的各自细胞学过程及其调控机制,并比较归纳了导致海鞘不同群体具有不同再生能力差别的可能机制,展望了海鞘再生研究的未来方向,为理解后生动物再生能力的演化和调控机制提供参考。     

植物体细胞无性系变异研究进展

植物体细胞无性系变异是植物组织培养中的普遍现象,泛指在植物细胞、组织和器官培养过程中,培养细胞和再生植株中产生的遗传变异或表观遗传学变异。植物体细胞无性系变异的发生有其遗传学基础,可从形态学、细胞学、生物化学和分子生物学等多个方面对其进行综合检测和鉴定。植物体细胞无性系变异是植物育种的有利资源。但同时也是植物微繁和遗传转化工作中需要克服的一大难题,一直被众多研究者所关注。本文分别从细胞学和分子生物学两个层次综述了植物体细胞无性系变异的遗传学基础及其鉴定方法的研究进展．并就其在植物品质改良中的应用现状、存在的问题和应用前景进行了讨论。     

植物体细胞无性系变异研究进展

植物体细胞无性系变异是植物组织培养中的普遍现象,泛指在植物细胞、组织和器官培养过程中, 培养细胞和再生植株中产生的遗传变异或表观遗传学变异。植物体细胞无性系变异的发生有其遗传学基础, 可从形态学、细胞学、生物化学和分子生物学等多个方面对其进行综合检测和鉴定。植物体细胞无性系变异是植物育种的有利资源, 但同时也是植物微繁和遗传转化工作中需要克服的一大难题,一直被众多研究者所关注。本文分别从细胞学和分子生物学两个层次综述了植物体细胞无性系变异的遗传学基础及其鉴定方法的研究进展,并就其在植物品质改良中的应用现状、存在的问题和应用前景进行了讨论。     

植物工程学浅说

植物工程学是研究联合利用植物的全能性和生物工艺学为人类创造价值的学科。植物工程学的意义 1902年,Haberlandt 指出:生命的最小单位是细胞,无论哪一个细胞都具有形成完全植物体的全部基因。近年来,已证实这种观点是正确的,并被称为“植物的全能性”,是植物工程学的理论基础之一。因为植物细胞和一个微生物细胞一样,是一个完整的生物体,故用生物工艺学方法(细胞融合和基因重组)导入特定的遗     

问:若“根、叶、茎、花、果实、种子六种器官构成了一个绿色开花植物的完整植物体”,没有果实和种子的植物体就是残缺不全的植物体吗?

答：这里涉及到两个问题,其一是器官的概念,即什么是器官。器官是植物体上由各种组织构成的、行使一定功能的结构单位。根据这个概念,根、茎、叶、花、果实、种子都是器官。其二,“根、茎、叶、花、果实、种子六种器官构成了一个绿色开花植物的完整植物体”,是不科学的。在被子植物进行营养生长时,只有根、茎、叶三种营养器官,这时的植物体同样是完整的植物体。将概念改为“绿色开花植物一般由根、茎、叶、花、果实、种子等六大类器官构成”,就不会有这样的问题。问:若“根、叶、茎、花、果实、种子六种器官构成了一个绿色开花植物…     

动物断肢再生能力的启发

正在广袤的自然界中,包括人类在内的哺乳动物仅具有极为有限的再生能力,而我们熟知的守宫类动物遇到掠食者时可以自断尾巴逃跑,断尾还能继续跳动来吸引掠食者的注意之后守宫再生出一条新尾巴,然而以蝾螈等为代表的两栖类动物则能在特定时期完全修复缺损的组织器官。那么同为再生,有什么区别吗?事实上,在爬行纲大家族中,守宫并不是唯一可以自断尾巴的动物,很多石龙子如五线石龙子,甚至鬣蜥也会断尾;而壁虎的再生尾和原生尾两者结构大相径庭,这些再生尾没有骨骼,     

枸杞转基因植株的再生

本文报道一个快速简便的枸杞转化再生系统。宁夏枸杞的幼茎外植体,能被含非致瘤性Ti质粒载体的根癌农杆菌感染。在该载体双向启动子的一端连有一个npt—Ⅱ基因(新霉素磷。酸转移酶Ⅱ基因)以供选择卡那霉素抗性的转化植物细胞。把选择诱导培养基上形成的愈伤组织转到选择分化培养基后能很快分化出芽点,继而长成完整的小植株。对再生植株的NPT—Ⅱ酶活性检测及DNA分子杂交表明;外源基因已整合到枸杞细胞的核基因组上,并能在植株水平表达出相应的性状。     

细胞组织培养

近年来,生物技术发展迅速,已由理论研究跨入了生产实践的大门。其中植物细胞组织培养取得了令人瞩目的进展。细胞组织培养,一般指离体无菌培养的植物细胞或组织重新再生细胞或植株的技术。通常包括离体的各类组织培养、器官培养、胚胎培养、细胞培养及原生质体培养等技术。有时也指培养中的细胞和组织物。在离体培养中的细胞能产生细胞分裂、分化,保持亲本的形态、功能和特性。植物细胞还有再生完整植株的全能性。因此,细胞组织培养已成为加速繁殖含某种有用成分细胞,或快速繁殖优良品系,改良品种的一种新技术。从另一角度来说,运用细胞组织培养手段,在控制条件下,研究离体组织、器官、细胞的生长发育、生理代谢和遗传变异等生命活动现象,认识生物细胞结构和功能,改变它的遗传结构和功能。正发展成为生物技术的一个新兴科学分支。     

位置信息与植物发育

位置信息是植物发育的重要机制之一, 它在植物体的模式建成、细胞的分化及细胞命运的抉择过程中起重要作用。近些年的研究从细胞壁、激素、可扩散因子和非转录DNA等角度对这一问题进行了大量探索, 成为植物发育生物学的一个热点领域。本文试对此作一简要介绍。     

组织培养和用于研究植物发育的转基因植物

一、前言产生转基因植物的关键在于所分离的植物细胞或外植体在培养过程中具有的生长及分裂能力,以及在适当条件下再生成完整植株的能力。一旦细胞吸取了外源DNA,只要该外源DNA稳定地保存于细胞中,那么转基因植物就能够得到再生。在过去的几年中,植物转化方面的进展已经为研究植物DNA序列的功能提供了多种可能性。由于植物转化方便可行,短的生活周期,泛义遗传学,以及可产生大量转基因植物个体的简单性均证明在努力探讨基因表达调控的分子基础方面,植物将会起到非常重要的作用。全能性     

经济作物无性繁殖讲座（一）：无性繁殖的遗传稳定性和变异性

无性繁殖就 是不通过性细胞 而用植物的营养 器官进行的繁殖。很多植物其营养器官具有再生能力,例如扦插枝条能生根、插很能长枝、叶子能再生新根新茎;将一种植物和另一种植物嫁接起来形成新的植株,也是一种无性繁殖;分株、分根都是营养器宫的繁殖。一般来说,无性繁殖是自然界存在的一种特性,但是,通过人工的手段可以发挥和利用这种特性,作为一种繁殖的方法,形成生产上需要的无性系。     

位置信息与植物发育

位置信息是植物发育的重要机制之一,它在植物体的模式建成、细胞的分化及细胞命运的抉择过程中起重要作用.近些年的研究从细胞壁、激素、可扩散因子和非转录DNA等角度对这一问题进行了大量探索,成为植物发育生物学的一个热点领域.本文试对此作一简要介绍.     

经济植物无性繁殖讲座（七）：组织培养快速繁殖的理论与应用

植物的受精卵是一个胚性细胞,在这个细胞中具有一整套来自双亲的遗传基因,当受精卵进行分裂时,染色体进行复制,分成为两个子细胞,两个子细胞含有和受精卵同样的遗传基因。这样不断分裂形成了千百万个子细胞。在正常的情况下,分裂过程不仅是细胞数量的增加,而且各部位的细胞进行分化,产生出不同的组织和器官,最后形成完整的植物体。因此,从理论上讲,无论哪一个器官和组织的细胞,都应该具有全套的遗传基因,在遗传上具有全能性,     

microRNA调控植物细胞全能性与再生

细胞全能性是指在多细胞生物体中,细胞经分裂和分化后仍具有形成完整有机体的潜能或特性。与动物相比,离体植物细胞在一定激素配比的培养基上即可表现出全能性。植物细胞全能性是实现植物再生和植物组织培养的理论基础。microRNA是植物中普遍存在的小分子非编码RNA,在植物的各项生命活动中发挥着重要作用。作为基因表达的重要调控因子,其在调控植物细胞全能性、细胞分化与再生过程中扮演着至关重要的角色。着重介绍已知的参与植物全能性的miRNA以及它们对植物再生过程的调控作用。     

鉴定植物的再生潜能

由于从原生质体,愈伤组织,或细胞培养物再生完整植株存在困难,目前还不能用遗传工程以及组织培养技术对许多具有重要商用价值的植物进行基因操怍。已经证明,没有分化的细胞和组织的再生能力实际上是遗传性的,并且可能不仅在属间和种间有很大的差异,就是在同一种的不同品种之间也有差异。虽然近来已发展了一些技术使许多大豆和玉米品种可以再生,但仍然需要大规模的鉴定方法以确定大多数植物品系的再生能力。要进行这样的鉴     

植物再生——自然界的神秘力量

<正>自然界的植物再生现象动物的器官再生现象广为人知,如壁虎在遇到危险时可以采取断尾来摆脱险境并再生出新的尾部,蝾螈也可以断肢自救并随后再生出新的肢体。同样的,自然界的植物也可以利用再生来应对外界生长环境的变化:多肉植物的离体叶片可以在伤口处生出新芽和新根,并最终形成新植株;白杨的枝条通过扦插可以长出不定     

杂交鹅掌楸悬浮细胞高效摄取具有良好生物相容性的超微介孔氧化硅纳米颗粒

采用扫描电子显微镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(LSCM)系统研究了超微介孔氧化硅纳米颗粒(MSNs)和杂交鹅掌楸悬浮细胞共孵育的互作特征.将MSNs通过异硫氰酸荧光素(FITC)标记后,再利用LSCM观察其被植物细胞摄取的情况.结果表明,5~15nm的MSNs可以通过内吞途径有效将FITC分子载入完整植物细胞.然而,在无MSNs作为载体的情况下,游离FITC分子则无法进入完整植物细胞.SEM观察结果进一步表明,MSNs容易聚集在完整植物细胞的表面,而且通过硅元素含量对比分析,直接证明了MSNs可以被完整植物细胞摄取到其内部.其次,利用荧光素二乙酸酯染料分析和MSNs共培养24h后的植物细胞的活性,其结果表明,这些细胞仍然保持很好的活力,而且也没有观察到明显的细胞死亡.最后发现,这些和MSNs共培养后的鹅掌楸细胞仍可以通过胚胎发育实现植株再生.综上所述,在植物生物学中,这种超微MSNs作为纳米载体可以应用到细胞的体外外源基因转染.