Морфогенез в каллусных тканях

28 Декабря в 19:57 3642 0


Существует несколько путей, по которым может пойти каллусная клетка после ее дедифференцировки:
1) вторичная регенерация целого растения, возможна дифференцировка на уровне клеток, тканей, органов;
2) утрата способности к вторичной дифференцировке и регенерации растений, стойкая дедифференцировка, приобретение способности расти без гормонов - опухолевая (это явление чаще наблюдается у старых культур);
3) нормальный онтогенез каллусной клетки, заканчивающийся ее старением и умиранием. Клетка претерпевает вторичную дифференцировку и прекращает делиться (стационарная фаза). Интереснее регенерация.

В культуре каллусных тканей морфогенезом называют возникновение организованных структур из неорганизованной массы клеток. Существуют различные типы морфогенеза: органогенез - корневой, стеблевой, флоральный, листовой; соматический эмбриогенез (образование зародышеподобных структур из соматических клеток). В случае органогенеза сначала регенерируют отдельные органы, а затем уже из них - целые растения, исключение -корневой органогенез (рис. 4.11). В отличие от органогенеза при соматическом эмбриогенезе сразу образуется биполярная структура (соматический зародыш), имеющая зачаточный корешок и стеблевую почку, из которой развивается растение.

Морфогенез в каллусных тканях, сформированных в культуре незрелых зародышей ячменя (а-в) и пшеницы (г)
Рис. 4.11. Морфогенез в каллусных тканях, сформированных в культуре незрелых зародышей ячменя (а-в) и пшеницы (г): а - ризогенез; б, г - стеблегенез; в - стебле-и ризогенез (формирование регенеранта) (фото Н.В. Зобовой)

Тотипотентность - это способность любой клетки воспроизвести целое растение. Любая растительная клетка содержит весь набор генов и сохраняет свойственную зиготе программу развития любого органа: лист, лепесток, сердцевинная паренхима и т.п. Однако возможности разных типов клеток различны, свойство тотипотентности не всегда реализуется. В некоторых клетках гены в сильной степени репрессированы.

В организме тотипотентность не проявляется, так как организм подавляет потенциал развития отдельной клетки, изоляция способствует проявлению этих потенций.

Клеточную основу морфогенеза составляет цитодифференцировка. Регенерация растений начинается с вторичной дедифференцировки. При этом дедифференцированные клетки вновь приобретают структуру и функции специализированных. Большая роль в этом процессе принадлежит фитогормонам. Они вызывают изменение метаболизма клеток.

Вторичная дифференцировка каллусных клеток не всегда заканчивается морфогенезоим и регенерацией растений. Иногда это гистодифференцировка. Таким путем клетка каллуса может превращаться во флоэмные и ксилемные элементы, из активной клетки в старую.

Для управления морфогенезом используются внешние и внутренние факторы: внутренние - вид растения, генотип, орган, из которого взят эксплант; внешние - состав питательной среды, температура, свет (интенсивность, спектр, длина фотопериода).

Сигналом (импульсом) морфогенеза является изменение соотношения цитокининов и ауксинов, т.е. они не только регуляторы роста, но и дифференцировки.



Эмбриогенез фактически не зависит от гормонов. Обычно эмбриогенные зоны возникают в каллусной ткани на той же питательной среде, на которой шло каллусообразование. Развитие соматических зародышей в каллус-ной ткани начинается тогда, когда устраняется дедифференцирующий фактор из питательной среды. Развивающийся зародыш не нуждается в экзогенных гормонах.

Дополнительные стимулы морфогенеза - азотнокислое серебро, нитрат аммония, некоторые аминокислоты (пролин, тирозин, иногда серин), полиамины (путресцин и спермидин). В ряде случаев стимулируют морфогенез маннит и сорбит. Ионы окиси азота влияют на развитие возникающих в каллусной ткани организованных структур, а их индукцию стимулируют ионы аммония - NH4. Гибберелловая кислота способствует росту зачатков стебля, а абсцизовая - ускоряет дифференциацию органов соматических зародышей.

Азотнокислое серебро продлевает регенерационную способность в старых пересадочных культурах. Лишь одна из 400-1 000 клеток регенерирует. Одного стимула недостаточно, необходима еще готовность к нему. Способность воспринимать стимулы морфогенеза определяется как компетентность клетки.

Морфогенез начинается с того, что под влиянием условий среды детерминированная клетка обособляется от каллусных клеток, образуя утолщенную стенку.

Клетка-инициаль при соматическом эмбриогенезе дает начало зиготе, а при органогенезе - меристематическому очагу. От недетерминированных каллусных клеток инициальная отличается более крупным ядром и меньшими размерами вакуоли. Ядро обычно занимает центральное положение. В инициальных клетках содержатся большие количества крахмала, иногда липидов.

Некоторое время инициальная клетка находится в лаг-фазе, что необходимо для переустройства и подготовки к последующим быстрым делениям. Затем эти клетки делятся по типу дробления, образуя сферическую массу мелких изодиаметрических клеток. При органогенезе эту массу называют меристематическим очагом, а при соматическом органогенезе - глобулярным проэмбрио.

В дальнейшем в меристематическом очаге дифференцируются зачатки стебля, корня, листа или цветочной почки и, соответственно, происходит стеблевой, корневой, листовой и флоральный органогенез. В глобулярном проэмбрио развивается биполярная структура. Можно выделить несколько последовательных стадий формирования эмбриоидов из каллусной ткани - глобулярную, сердечка, торпедовидную, соматического зародыша.

Меристематические очаги или проэмбрио могут возникать на периферии каллусной ткани или быть погруженными в нее. Обычно не наблюдается определенной закономерности в их локализации, исключение составляет стеблевой органогенез в каллусной ткани, полученной из сердцевидной паренхимы табака. Меристематические очаги здесь локализуются только в нижней части каллусной ткани.

Некомпетентные клетки делятся, но скорее (чаще) всего становятся гормононезависимыми. Многие в силу генетических особенностей используют гормоны, но не регенерируют, занимая промежуточное положение между «привыкшими» и свежими каллусами.

Н.А. Воинов, Т.Г. Волова
Похожие статьи
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы