Черенкование или клонирование является популярным методом размножения растений. Черенки (клоны) – это отделенная часть растения с “донора” или “материнского растения”, которая будет развивать корни и побеги при помещении в благоприятную среду, то есть с последующей вегетацией.
Основные сведения[править | править код]
Естественное клонирование животных и растений часто происходит в результате бесполого и вегетативного размножения, а также в результате амейотического партеногенеза.
Искусственное клони́рование живо́тных и расте́ний — новый вид человеческой деятельности, возникший в конце XX — начале XXI века, состоящий в воспроизведении старых и создании новых биологических организмов, связанных с изучением генома, предполагающий вмешательство в его структуру, нацеленный на решение множества практических задач (кроме научных).
Термины «клон», «клонирование» первоначально использовались в микробиологии и селекции, после — в генетике, в связи с успехами которой и вошли в общее употребление. Надо добавить, что их популяризации в значительной мере способствовали также киноискусство и литература.
Следует иметь в виду, что точное воспроизведение животного или растения, как при естественном, так и при искусственном клонировании, невозможно. Новый организм в любом случае будет отличаться от материнского за счёт соматических мутаций, эпигенетических изменений наследственного материала, влияния окружающей среды на фенотип и случайных отклонений, возникающих в ходе онтогенеза.
Естественное клонирование
В действительности, клонирование свойственно и растительному, и животному мирам. Например, вегетативное размножение растений, деление бактерий, клональное размножение ящериц. В том числе рождение близнецов у людей — тоже пример естественного клонирования.
ДНК.
Говоря о клонировании, происходящем в природе или в лаборатории, необходимо представлять себе, что вся генетическая, т.е. наследственная, информация, необходимая для роста, развития, обмена веществ и размножения организмов, передается от родителей потомству в форме дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).
См. также НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ; НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ.
ДНК упакована в хромосомах, которых в клетке бывает от одной у некоторых одноклеточных до нескольких десятков у высших растений и животных. Генетического материала, находящегося всего в одной хромосоме крошечного одноклеточного существа вроде амебы, достаточно для осуществления всех его жизненных функций. Однако сложно устроенному животному для этого необходимо примерно 100 000 различных генов.
Значение[править | править код]
Создание животных и растений с заданными качествами всегда было чрезвычайно заманчивым потому, что это означало создать организмы уникальнейшие и нужнейшие, устойчивые к болезням, климатическим условиям, дающие достаточный приплод, необходимое количество мяса, молока, плодов, овощей и прочих продуктов.Использование технологии клонирования предполагает уникальную возможность получать фенотипически и генетически идентичные организмы, которые могут быть использованы для решения различных теоретических и прикладных задач, стоящих перед биомедициной и сельским хозяйством. В частности, использование клонирования могло бы способствовать изучению проблемы тотипотентности дифференциированных клеток, развития и старения организмов, злокачественного перерождения клеток.Благодаря технологии клонирования предполагается появление ускоренной генетической селекции и тиражирования животных с исключительными производственными показателями. В сочетании с трансгенезом клонирование животных открывает дополнительные возможности для производства ценных биологически активных белков для лечения различных заболеваний животных и человека.Клонирование животных, возможно, позволит проводить испытания медицинских препаратов на идентичных организмах.
Клонирование растений[править | править код]
Клонирование растений (более общеупотребимы термины «культуры тканей in vitro», «клональное микроразмножение растений») осуществляется путём регенерации целого растения из каллуса путём изменения пропорционального соотношений цитокининов и ауксинов в питательной среде. Для получения первичного каллуса можно использовать любые клетки и ткани растения (кроме находящихся в премортальном состоянии) ввиду того, что клетки растений способны к дедифференциации при определённых концентрациях фитогормонов в питательной среде. Но чаще используют для этой цели клетки меристемы ввиду их малой степени дифференциации. В питательную среду для каллусообразования обязательно входят ауксин (для дедифференциации клеток) и цитокинин (для индукции клеточных делений). После получения каллусной культуры каллус можно разделить и каждую часть использовать для регенерации целых растений. Так как каллус является бесформенной недифференцированной клеточной массой, то для регенерации растения необходимо индуцировать морфогенез путём изменения концентраций фитогормонов в среде. Клонирование растений позволяет получать безвирусный посадочный материал (при использовании апикальной меристемы как источника клеток), быстрого размножения растений в больших масштабах (в том числе редких и исчезающих), клонирование из пыльников и последующее восстановление диплоидности позволяет получить гомозиготные по всем генам растения, которые можно использовать в дальнейшей селекции. Также можно культивировать на искусственных питательных средах протопласты растений, из которых в некоторых случаях можно регенерировать целые растения (протопласты удобны для трансгенеза ввиду отсутствия у них клеточной стенки и возможности слияния с другими клетками[1]).
В случае с орхидеями конкретному растению, культивару, может быть дано неформальное название — имя клона, но в том случае, если эта орхидея имеет превосходные качества для данного вида (или гибрида)[2]. Пример: × Laeliocattleya Hsin Buu Lady ‘Red Beauty’.
Искусственное клонирование
Это группа методов, при которых целенаправленно создаются клоны молекул, клеток, многоклеточных организмов.
Бактериальное клонирование — это целенаправленное создание и выращивание бактериальных клонов для биотехнологий.
Молекулярное клонирование, при котором получают клоны фрагмента ДНК, а затем вставляют в необходимые клетки.
Искусственное клонирование многоклеточных организмов. При этом виде клонирования можно создать клоны клеток, тканей, целого органа или даже организма. Именно искусственное клонирование многоклеточных организмов является предметом споров и разногласий научного сообщества, религии, и предметом этой статьи.
Кошка
Первый клон кошки родился после 87 неудачных попыток в декабре 2001 года в Техасском университете A&M (США). Самку назвали Сиси по начальным буквам словосочетания Copy Cat.
Интересно то, то ДНК для нее взяли у трехцветной кошки, а Сиси родилась бело-коричневой. Это объясняется тем, что окрас определяется скорее факторами развития плода, чем генами. Поэтому ученым удалось получить сведения, что генетическая копия может внешне отличаться от своего образца.
Когда кошка подросла и стала более самостоятельнее ее забрала домой одна из сотрудниц лаборатории. Спустя время Сиси три раза была беременна и рожала абсолютно здоровых котят.
Процесс клонирования растений
Срезание черенка
Для отделения черенка понадобится острый режущий предмет. Можно использовать маникюрные ножницы, триммер или обыкновенное лезвие. Перед применением его непременно нужно продезинфицировать, чтобы патогенные бактерии не атаковали растение. Для этого можно использовать обыкновенный спирт.
Срез рекомендуется делать исключительно на молодых и здоровых побегах, имеющих светло-зеленую листву. Также нужно срезать черенки с нижних ветвей, поскольку они содержат больше гормонов, участвующих в корнеобразовании, а потому быстрее пускают корни. Сам срез необходимо делать в месте ответвления черенка от побега. Его длина должна быть в пределах между 10 и 20 сантиметрами.
Срез делается под углом в 45 градусов, чтобы создать самую благоприятную площадь внутренней части клона, из которой впоследствии начнет развиваться корневая система. Далее черенок нужно немедленно поместить в емкость с водой, оптимальной по уровню pH (5,8-6,2). Это делается для того, чтобы предотвратить его заражение болезнетворными бактериями, дать ему жизненно необходимую влагу, а также предотвратить начало заживления раны, которое начинается при контакте с кислородом.
Укоренение клонов
Перед началом укоренения с ростка необходимо срезать всю листву. Это необходимо сделать для того, чтобы растение больше ориентировалось на развитие корневой массы, нежели надземной части. Если место среза начало затягиваться, то желательно его обновить, отрезав еще несколько миллиметров стебля.
Добиться быстрого прорастания корней можно несколькими способами. Черенки способны пускать корни в обычной воде, находясь в ней в течение 1-2 недель. Многие гроверы так и делают, пересаживая их после этого в субстрат. Однако такие действия неактуальны, поскольку можно достичь гораздо лучших результатов, поместив их в питательный раствор.
Для приготовления питательного раствора необходимо добавить в воду, с отрегулированным уровнем рН, стимулятор корнеобразования. Отлично зарекомендовал себя в этой роли препарат Bio Roots. В его составе присутствуют только растительные экстракты, полученные из масел и плодов. Применение препарата позволяет укрепить защитный слой, сформировавшийся на конце корня, а также сделать пространство вокруг корневой системы более благоприятной для развития. В результате удается добиться улучшения адаптационного процесса, что положительно сказывается на времени укоренения и самом процессе в целом.
Второй способ укоренения немного отличается от первого. Он подразумевает использование специального геля – стимулятора корнеобразования. В него на некоторое время помещается место среза, после чего черенок переносят в субстрат. Рекомендуем использовать гель Bioclone B.A.C. Он обеспечивает быстрый старт началу формирования корневой системы у черенков в субстрате, а также бурное ее развитие. Средство также защищает место среза от инфекций, плесени и бактерий. В качестве субстрата для высадки лучше всего использовать кокосовое волокно или минеральную вату. Они являются стерильной благоприятной средой для развития корневой системы.
Благоприятная среда
Вне зависимости от того, каким способом укоренения клонов воспользовался растениевод, им необходимо создать благоприятную среду для жизни. Для этой цели идеальным вариантом станет аэропонная система-пропагатор X-Stream 40. Благодаря ей процесс черенкования протекает значительно быстрее. Все что требуется – это разместить клоны в камере увлажнения, поместив их в специальные выемки. Установка обеспечит непрерывное орошение корневой зоны питательным раствором. Температуру и уровень влажности можно будет регулировать самостоятельно, используя специальные клапаны, находящиеся в крышке пропагатора. Его корпус выполнен из прозрачного материала, позволяющего визуально контролировать процесс.
Оптимальный микроклимат
Уровень влажности должен быть не менее 80%. Такие высокие показатели объясняются тем, что пока корневая система клонов не сформирована окончательно, они получают воду только через листву и стебли. Оптимальной температурой считается показатель в 22-25 градусов, однако для некоторых представителей флоры она может быть и выше.
Освещение клонов
Во время того, когда клоны еще находятся на стадии укоренения, они не нуждаются в мощном освещении. На данном этапе рекомендуется не использовать яркие LED или ДНаТ лампы. Следует подождать, пока клон не станет полноценным растением, перешедшем в стадию вегетации.
Наилучшим вариантом для освещения клонов являются энергосберегающие или флуоресцентные лампы с широким спектральным диапазоном испускаемого света. Такие источники света легко монтируются и потребляют мало электричества. Отличным вариантом станет флуоресцентная лампа TNeon 9500K «Cutting», созданная специально для этих целей. Ее свет стимулирует деление растительных клеток, ускоряя рост зеленой массы и корневой системы. Все благодаря свету с цветовым диапазоном в 9500 К, который благоприятно влияет на стадии проращивания. Данная модель отличается длительным сроком эксплуатации и выделяет малое количество тепла при работе.
Лампу рекомендуется использовать совместно со светильником TNeon 2х55 W. Он изготовлен из металлического листа, покрытого устойчивым лакокрасочным материалом белого цвета, обеспечивающим высокий уровень отражаемости светового потока. На верхней части корпуса присутствуют крючки для подвешивания прибора. Внутри него установлено два патрона для флуоресцентных ламп, имеющих цоколь 2G11, и стандартный трехконтактный разъем для питания. Светильник имеет электронный балласт для двух ламп мощностью в 55 Вт.
Что касается светового режима, то он должен быть установлен в значении 16/8 или 18/6. Это обусловлено тем, что корневая система клонов активно развивается в темное время суток. При таком освещении и достаточном количестве кислорода черенки будут получать достаточное количество жизненной энергии для здорового роста и стремительного развития.
Клонирование животных[править | править код]
В начале пути[править | править код]
- 1826 год — открытие яйцеклетки млекопитающих русским эмбриологом Карлом Бэром.
- 1883 год — открытие сущности оплодотворения (слияния пронуклеусов) немецким цитологом Оскаром Гертвигом.
- 1943 год — сообщение в журнале «Science» об успешном оплодотворении яйцеклетки «в пробирке».
- 1962 год — клонирование профессором зоологии Оксфордского университета Джон Гёрдон шпорцевых лягушек[3] (более доказательные опыты — в 1970 г.).
- 1978 год — рождение в Англии Луизы Браун, первого ребёнка «из пробирки».
- 1985 год, 4 января — рождение девочки у миссис Коттон — первой в мире суррогатной матери в одной из клиник северного Лондона (девочка зачата не из яйцеклетки миссис Коттон).
- 1987 год — клонирование мыши из клетки эмбриона с использованием метода электростимулируемого слияния клеток в СССР в лаборатории Бориса Николаевича Вепринцева (Л. М. Чайлахян и др.)[4].
- 1987 год — разделение клеток человеческого зародыша и клонирование их до стадии тридцати двух клеток (бластомеров) специалистами Университета имени Дж. Вашингтона, использовавшими специальный фермент.
Клонирование амфибий (Дж. Гёрдон)[править | править код]
Первые успешные опыты по клонированию животных были проведены в 1960-е годы английским эмбриологом Дж. Гёрдоном (J. Gurdon) в экспериментах на шпорцевой лягушке. Для пересадки использовались ядра клеток кишечника головастиков. Опыты были подвергнуты критике, так как в кишечнике головастиков могли сохраниться первичные половые клетки. В 1970 году удалось провести опыты, в которых замена ядра яйцеклетки на генетически помеченное ядро из соматической клетки взрослой лягушки привела к появлению головастиков и взрослых лягушек. Это показало, что техника трансплантации ядер из соматических клеток взрослых организмов в энуклеированные (лишённые ядра) ооциты позволяет получать генетические копии организма, послужившего донором ядер дифференциированных клеток. Результат эксперимента стал основанием для вывода об обратимости эмбриональной дифференцировки генома по крайней мере у земноводных.
Клонирование млекопитающих[править | править код]
Клонирование млекопитающих возможно с помощью экспериментальных манипуляций с яйцеклетками (ооцитами) и ядрами соматических клеток животных in vitro и in vivo. Клонирование взрослых животных достигается в результате переноса ядра из дифференцированной клетки в неоплодотворённую яйцеклетку, у которой удалено собственное ядро (энуклеированная яйцеклетка) с последующей пересадкой реконструированной яйцеклетки в яйцевод приёмной матери.Однако долгое время все попытки применить описанный выше метод для клонирования млекопитающих были безуспешными. Одними из первых успешное клонирование млекопитающего (домовой мыши) осуществили советские исследователи[5] в 1987 г. Они использовали метод электропорации для слияния энуклеированной зиготы и клетки эмбриона мыши с ядром.
Значительный вклад в решение этой проблемы был сделан шотландской группой исследователей из Рослинского института и компании «PPL Therapeuticus» (Шотландия) под руководством Яна Вильмута (Wilmut). В 1996 году появились их публикации по успешному рождению ягнят в результате трансплантации ядер, полученных из фибробластов плода овцы, в энуклеированные ооциты.[6]В окончательном виде проблема клонирования животных была решена группой Вильмута в 1996 г., когда родилась овца по кличке Долли — первое млекопитающее, полученное из ядра взрослой соматической клетки: собственное ядро ооцита было заменено на ядро клетки из культуры эпителиальных клеток молочной железы взрослой лактирующей овцы[7].В дальнейшем были проведены успешные эксперименты по клонированию различных млекопитающих с использованием ядер, взятых из взрослых соматических клеток животных (мышь, коза, свинья, корова), а также взятых у мёртвых, замороженных[8] на несколько лет, животных.Появление технологии клонирования животных вызвало не только большой научный интерес, но и привлекло внимание крупного бизнеса во многих странах. Подобные работы ведутся и в России, но целенаправленной программы исследований не существует. В целом технология клонирования животных ещё находится в стадии развития. У большого числа полученных таким образом организмов наблюдаются различные патологии, приводящие к внутриутробной гибели или гибели сразу после рождения, хотя при клонировании овец в 2007 году выжил каждый 5-й эмбрион (в случае с Долли — понадобилось 277).
В 2004 году американцы начали коммерческое клонирование кошек, а в апреле 2008 года Южнокорейские таможенники приступили к дрессировке семи щенков, клонированных из соматических клеток лучшего корейского розыскного пса породы канадский лабрадор-ретривер. По мнению южнокорейских учёных 90 % клонированных щенков будут удовлетворять требованиям для работы на таможне, тогда как лишь менее 30 % обычных щенков проходят тесты на профпригодность[9][10].
В Китае фирмой «BGI» уже производится в промышленных масштабах клонирование животных для медицинских исследований[11]. Предполагается, что подобная методика в будущем будет использована для выращивания в свиньях запасных органов для трансплантации человеку.
Лошадь
В мае 2003 года в университете штата Айдахо (США) на свет появился клон мула по кличке Айдахо Джем. Его выносила кобыла, а донором генетического материала стал мул — чемпион в скачках.
AFP 2018 / Vincenzo Pinto
От мула тоже ожидали спортивных достижений, и он вполне оправдал надежды ученых и спонсора, который занимался разведением скакунов. В трехлетнем возрасте он участвовал в состязаниях с мулами, рожденными естественным способом, и занял третье место.
Известно, что сейчас Айдахо Джем уже не участвует в спортивных состязаниях и содержится в частном хозяйстве.
Обезьяны
В январе 2018 года китайские ученые из Центра по изучению приматов при Институте нейрофизиологии в Шанхае заявили о рождении двух клонов яванской макаки. Китайцы действовали по методу овечки Долли и модернизировали его. Самок Чжун Чжун и Хуа Хуа поместили в инкубатор, и сейчас сообщается, что приматы абсолютно здоровы.
Обезьян клонировали и раньше, но способом, при котором уже оплодотворенный эмбрион разделялся на несколько частей. В результате рождались генетически идентичные, как однояйцовые близнецы, обезьяны.
Освещение
Во время укоренения клонам нужно очень яркое освещение. Для подачи света используют неоновые лампы дневного света. Флуоресцентные или энергосберегающие. Чем больший световой спектр будет у лампы, тем лучше. Некоторые селекционеры используют красные и синие лампы, свет которых неярок, но тоже полезен растениям. Лампы не будут работать целые сутки. Световой режим нужно выставить в значении 18/6 или 16/8. Растения тоже должны спать.