Сельскохозяйственная биотехнология - Шевелуха Е.А.
Скачать (прямая ссылка):
Морфогенез в культуре каллусной ткани
Рис. 1.4. Типы морфогенеза в культуре каллусной ткани
неодинаково. В некоторых из них гены в сильной степени репрессированы, в связи с чем проявление тотипотентности становится ограниченным.
Идея о тотипотентности растительной клетки была выдвинута Г. Хаберландтом еще в 1902 г., хотя и не получила тогда экспериментального подтверждения. Согласно определению Ха-берландта, любая клетка растения может дать начало новому организму, и если этого не наблюдается, то только потому, что растительный организм подавляет потенции клетки к развитию. Изоляция клеток от растений способствует проявлению этих потенций.
Клеточную основу морфогенеза составляет цитодифферен-цировка. Регенерация растения начинается со вторичной диф-ференцировки клеток. При этом дедифференцированные клетки вновь приобретают структуру и функции специализированных.
Вторичная дифференцировка каллусных клеток не всегда заканчивается морфогенезом и регенерацией растения. Иногда она приводит только к образованию тканей (гистодифференци-ровка). Таким путем каллусная клетка может превращаться во флоэмные или ксилемные элементы. Другим примером вторичной дифференцировки может служить превращение дедиффе-ренцированной активно пролиферирующей клетки в старую не-делящуюся каллусную клетку (стационарная фаза роста).
Из всех видов вторичной дифференцировки наибольший интерес представляет морфогенез, так как он позволяет получать целое растение из каллусной клетки.
В основе дифференцировки и морфогенеза лежит последовательное включение различных генов, т.е. дифференцировка клеток определяется дифференциальной активностью генов. Изменение активности структурных генов может быть связано с их дерепрессией, репрессией или амплификацией (умножением). Большую роль в этом процессе играют фитогормоны.
Морфогенезом в культуре каллусных тканей можно управлять. На способность изолированных растительных клеток к морфогенезу оказывают влияние как внутренние, так и внешние факторы. К внутренним факторам относятся: видовая принадлежность исходного растения, орган, из которого взят экс-плант, возраст экспланта. К внешним факторам прежде всего относятся: состав питательной среды, температура, свет (интенсивность и длина фотопериода). Наиболее мощным индуктором морфогенеза, который принято называть стимулом или сигналом морфогенеза, является изменение соотношения между ци-токининами и ауксинами, входящими в состав питательных сред. При преобладании цитокининов над ауксинами часто на-
а — пролиферирующий каллус; б — образование адвентивных почек, в — образование корней (рнзогенез)
Рис. 1.5. Морфогенетические реакции каллусной ткаии:
б)
в)
чинается стеблевой органогенез, а в случае преобладания ауксинов над цитокининами — корневой (рис. 1.5). Следует отметить, что из образующихся в культуре каллусной ткани корней почти никогда не регенерируется целое растение, а при стеблевом органогенезе сначала образуется побег, который затем (при пересадке на среду с преобладанием ауксинов) укореняется и дает начало целому растению.
Таким образом, различия в балансе экзогенных гормонов ауксинового и цитокининового типа определяет, с одной стороны, возможность перехода клетки в культуре к дедифференци-ровке и неорганизованной пролиферации, а с другой — индукцию вторичной дифференцировки того или иного типа морфогенеза, что было отмечено Ф. Скугом и Е. Миллером (1957). Следовательно, ауксины и цитокинины, вызывающие в-зависи-мости от соотношения либо дедифференцировку и переход к каллусному росту, либо дифференцировку и морфогенез в культуре каллусных тканей, являются не только регуляторами роста, но и регуляторами дифференцировки.
Если органогенез можно индуцировать с помощью ауксинов или цитокининов, то соматический эмбриогенез фактически независим от экзогенных фитогормонов. Обычно эмбриогенные зоны возникают в каллусной ткани на той же питательной среде, которая использовалась для каллусообразования. Развитие соматических зародышей в каллусной ткани начинается тогда, когда устраняется дедифференцирующий фактор из питательной среды (2,4-Д или другие ауксины). Развивающийся зародыш не нуждается в экзогенных гормонах, так как сам обеспечивает себя ими.
Независимость соматического эмбриогенеза от гормонов является аргументом в пользу точки зрения, высказанной еще Хаберландтом, а позднее Стэвардом, что сам процесс изолирования клетки стимулирует реализацию ее тотипотентности, т.е. переход к морфогенезу. Таким образом, основными стимулами морфогенеза являются изменения соотношения гормонов в питательной среде, а также сам процесс изоляции растительной клетки от организма. Дополнительными стимулами морфогенеза в культуре каллусных тканей является присутствие в питательной среде нитрата серебра, нитрата аммония, некоторых аминокислот (пролин, тирозин, иногда серин), полиаминов (пут-ресцин и спермидин). В ряде случаев стимулируют процесс морфогенеза маннит и сорбит. Ионы N0“ оказывают влияние на развитие возникших в каллусной ткани организованных структур, а их индукцию стимулируют ионы NH 4. Гибберелло-вая кислота стимулирует рост зачатков стебля, а абсцизовая ускоряет дифференцировку органов соматических зародышей.
