Индукция морфогенеза и органогенеза в культуре клеток, получение растений-регенератов

Растения обладают уникальным свойством восстанавливать целый организм из отдельных фрагментов (например, черенков), органов, почек, клеток. В основе его лежит способность отдельной соматической клетки реализовать программу развития, заложенную в зиготе, и дать начало целому организму (тотипотентность растительных клеток). Любая соматическая клетка растения имеет такой же набор генов, что и та единственная клетка — зигота, которая образовалась при оплодотворении и из которой далее развился зародыш семени и само растение. В ходе развития растения клетки отдельных органов приобретают свойства, характерные для соответствующих тканей. Несмотря на это, многие из них все-таки способны при определенных условиях редифференцироваться и давать начало новым органам или целым организмам. При культивировании клеток растений in vitro появляется возможность в значительно большей степени реализовать их тотипотентность, чем в составе целого растения. Это связано с тем, что в культуре in vitro по сравнению с целым растением не действует жесткая программа развития организма, отсутствует тесная взаимосвязь и взаимозависимость клеток отдельных органов и тканей. Можно целенаправленно управлять процессами дифференциации клеток. Регенерация растений в культуре in vitro происходит двумя основными способами: путем эмбриогенеза или органогенеза. При соматическом эмбриогенезе формируется биполярное образование, аналогичное зародышу семени. Оно представляет собой рудиментарное растение с зачатками стеблевых и корневых меристем, которое берет начало от одной из каллюсных клеток и которое не имеет сосудистых соединений с остальными каллюсными клетками ). При стеблевом органогенезе образуется однополярная структура — зачаток стеблевой почки, из которой далее развивается облиственный побег, соединенный с массой каллюсных клеток Полученный стебель можно укоренить и получить целое растение. Процессы морфогенеза в культуре in vitro могут происходить и в виде корневого (образуются корни) или флорального (образуются цветы) органогенеза. Однако эти типы морфогенеза не представляют интереса для целей получения растений-регенератов.Преобладание в питательной среде ауксинов над цитокининами стимулирует образование корней, преобладание цитокининов над ауксинами — стеблей, а промежуточное соотношение оказывает благоприятное влияние на пролиферацию каллюсаЕсли органогенез в культуре многих видов растений можно индуцировать, варьируя соотношение ауксинов и цитокининов в питательной среде, то соматический эмбриогенез зависит в основном от уровня и соотношения эндогенных фитогормонов каллюсных клеток. Обычно соматические эмбриоиды образуются из компетентных клеток при пересадке культур на питательную среду, не содержащую дедифференцирующего фактора. Способность изолированных клеток растений к морфогенезу определяется многими факторами. Есть виды растений, у которых очень сложно получить каллюсную культуру и заставить ее перейти к морфогенезу (большинство злаковых растений, многие древесные культуры, особенно хвойные). А есть виды, легко образующие каллюс и растения-регенераты (некоторые пасленовые, в частности табак). Морфогенетические потенции культур могут сильно различаться в зависимости от генотипа в пределах одного вида и даже сорта. Показано, что названные процессы находятся под генетическим контролем

24. определенных ядерных генов. На них могут оказывать влияние и цитоплазматические факторы. Для получения способных к морфогенезу культур большое значение имеет и выбор эксплантата, условий выращивания растений — источников эксплантатов, а также состав питательной среды, условия культивирования каллюсных клеток (температура, освещение) и др. В генно-инженерных исследованиях принято работать с культурами клеток растений, для которых все названные параметры успеха определены и оптимизированы.