کشت هاپلویید

کشت هاپلویید در کشت بافت گیاهی، کاربرد و روش

کشت هاپلوئید یکی از روش های کشت آزمایشگاهی است که در آن از سلول های هاپلوئید (گرده یا تخمک) برای رشد یک گیاه کامل استفاده می شود. در برخی از گیاهان، مانند سیب، این فرآیند به طور طبیعی رخ می دهد و این پدیده به نام “پارتنوژنز” (parthenogenesis) شناخته می شود.

هدف از کشت هاپلویید

کشت های هاپلوئید برای مطالعه جهش های گیاهی، شناسایی ژن های خاص، توسعه واریته های هیبریدی و غیره استفاده می شود. حذف ژن های نامطلوب و حفظ محتوای ژنتیکی مطلوب در گیاهان، مختصری از مهمترین کاربرد کشت هاپلویید در گیاهان به روش کشت بافت است. بطور سنتی اصلاح گیاهان بسته به یک ساله یا چند ساله بودن آن ها ممکن است بین ۵ تا ۵۰ سال زمان نیاز داشته باشد. کشت هاپلویید روشی است که اصلاح ژنتیکی گیاهان را در مدت زمان بسیار کمتری تسریع می کند.

 

 

معرفی کاربردهای کشت هاپلویید

شتاب بخشی برنامه های اصلاحی

کشت هاپلوئید امکان تولید سریع گیاهان با ترکیب ژنتیکی شناخته شده را فراهم می کند. این به ویژه در برنامه های اصلاح نباتات که هدف آن توسعه واریته های جدید با صفات خاص است مفید است. کشت هاپلویید به محققان کمک می کند تا یک نسل را در فرآیند اصلاحی نادیده گرفته و زمان مورد نیاز برای توسعه واریته های جدید محصول را به میزان قابل توجهی کاهش دهند.

تجزیه و تحلیل ژنتیکی

گیاهان هاپلوئید تجزیه و تحلیل ژنتیکی را ساده می کنند چرا که آنها فقط حاوی یک مجموعه کروموزوم هستند. این امر مطالعه و درک وراثت صفات خاص را آسان تر می کند، زیرا هیچ گونه تنوع ژنتیکی به دلیل هتروزیگوسیتی وجود ندارد. محققان می توانند به طور مستقیم بیان صفات را بدون عارضه تنوع ژنتیکی مشاهده کنند.

 

 

ایجاد لاین های هموزیگوت

از کشت هاپلوئید برای تولید لاین های هموزیگوت استفاده می شود. لاین های هموزیگوت در اصلاح نباتات مطلوب هستند زیرا صفات ثابت و پایداری مناسبی از خود نشان می دهند. تولید هموزیگوت ها برای حفظ یکنواختی ویژگی های مورد نظر در نسل های بعدی مهم است.

تثبیت صفات مطلوب

کشت هاپلوئید تثبیت صفات مطلوب را تسهیل می کند. گیاهان هاپلوئید و القای دوبرابر شدن کروموزوم ها برای ایجاد هاپلوئید های مضاعف به محققان این فرصت را می دهد تا صفات خاصی را در حالت هموزیگوت تثبیت کنند. این امر برای اطمینان از ثبات و یکنواختی صفات مطلوب در گیاهان حاصل سودمند است.

بهبود تنوع ژنتیکی

از کشت هاپلوئید می توان برای القای تنوع ژنتیکی با ایجاد ترکیبات جدیدی از ژن ها استفاده کرد. تنوع به دست آمده را می توان برای توسعه واریته های گیاهی جدید با ویژگی های بهبود یافته مانند مقاومت در برابر بیماری ها، تحمل به تنش های محیطی یا محتوای غذایی بهینه به کار گرفت.

 

 

تحقیق در مورد ژنومیک عملکردی

گیاهان هاپلوئید در مطالعات ژنومیک عملکردی که در آن عملکرد ژن های خاص مورد بررسی قرار می گیرد، ارزشمند هستند. پس زمینه ژنتیکی ساده شده گیاهان هاپلوئید مطالعه اثرات ژن های فردی بر رشد و فیزیولوژی گیاه را آسان تر می کند.

خلاصه ای از فرآیند کشت هاپلویید

کشت هاپلوئید در کشت بافت گیاهی به کشت سلول ها، بافت ها یا اندام های هاپلوئید مشتق شده از یک گیاه اشاره دارد. سلول‌های هاپلوئید حاوی نیمی از تعداد کروموزوم‌های معمولی هستند (اسپوروفیت – Sporophyte) که در سلول‌های سوماتیک یافت می‌شوند که نشان‌دهنده تعداد کروموزوم گامت است (n کروموزوم).

در گیاهان، سلول‌های هاپلوئید اغلب از فاز گامتوفیتی چرخه زندگی مشتق می‌شوند که شامل سلول‌هایی مانند گرده یا همان گرده نارس (میکروسپور) یا سلول‌های تخم (مگاسپور) است. کشت بساک و کشت میکروسپورهای جدا شده دو روش کشت هاپلویید سلول های جنسی نر است.

کشت سلول های جنسی ماده در مقایسه با سلول های جنسی نر به دلایل مختلفی مانند پیچیدگی روش کار، عملکرد پایین، فراوانی کمتر سلول های ماده در مقایسه با سلول های نر ، کمتر مورد توجه و استفاده قرار گرفته است. بطوری که تنها حدود ۱۰ درصد کشت های هاپلویید با استفاده از سلول های جنسی ماده انجام می شود. بنابراین در ادامه این مقاله تنها به بررسی کشت سلول جنسی نر که پرکاربردتر است می پردازیم.

 

شرایط آزمایشگاهی کشت سلول جنسی نر

محیط کشت

محیط های کشت شامل ,MS, B5,LS,N6  CHB, MC17, C17بیشترین کاربرد را در کشت هاپلویید دارند. برای تامین کربن مورد نیاز محیط کشت به حدود ۵۰ تا ۱۱۰ گرم ساکارز نیاز است. علاوه بر ساکارز، قند ملیبیوز (Melibiose) تاثیر مثبتی در نرخ باززایی تولید جنین داشته است.

نکته: ساکارز در اتوکلاو به فروکتوز و گلوکز شکسته می شود و این اتفاق می تواند بر بازدهی کشت بساک تاثیر منفی بگذارد.

هورمون های محیط کشت

تنظیم کننده رشد سیتوکینینی کاینیتین Kinitin از پرکاربردترین هورمون های گیاهی در کشت بساک است. اکسین های IAA و NAA نیز در باززایی کشت هاپلویید استفاده می شوند. از تنظیم کننده ۲.۴.D نیز بطور محدود استفاده می شود چرا که کیفیت جنین های تولید شده را کاهش می دهد. نوع گیاه تحت کشت نیز در انتخاب بهترین تنظیم کننده رشد گیاهی موثر است. برای مثال ترکیب BAP و NAA در کشت هاپلویید غلات، بهترین نتیجه را به دست آوردند.

شرایط محیطی

در کشت بساک نمی توان تاثیر دما و نور را نادیده گرفت. توصیه می شود بر حسب نوع گیاه، میانگین دمایی ۲۵ تا ۲۸ درجه سانتی گراد برای کشت سلول های جنسی نر رعایت شود. نور مناسب ۲۰۰۰ لوکس و فتوپریود ۱۶ ساعت نیز نقش مهمی در باززایی جنین ها پس از انتقال به محیط کشت دارد.

منابع

• Jin, S.B.; Kim, M.J.; Choi, C.W.; Park, S.M.; Yun, S.H. Anther Culture-Derived Haploids of Citrus aurantium L. (Sour Orange) and Genetic Verification of Haploid-Derived Regenerated Plants. Plants ۲۰۲۲, ۱۱, ۳۰۲۲. https://doi.org/10.3390/plants11223022.
• https://www.mdpi.com/2223-7747/11/22/3022
• Bárány, Ivett & González-Melendi, Pablo & Fadón, Begoña & Mitykó, J. & Risueno, Maria-Carmen & Testillano, Pilar. (2005). Microspore-derived embryogenesis in pepper (Capsicum annuum L.): Subcellular rearrangements through development. Biology of the cell / under the auspices of the European Cell Biology Organization. 97. 709-22. 10.1042/BC20040142.
• Watts, A., Kumar, V., Raipuria, R. K., & Bhattacharya, R. C. (2018). In Vivo Haploid Production in Crop Plants: Methods and Challenges. Plant Molecular Biology Reporter. DOI:10.1007/s11105-018-1132-9.