Особенности и генетика каллусных клеток

28 Декабря в 19:52 1885 0


Особенности каллусных клеток

Каллусные клетки имеют как сходства с нормальными клетками, так и отличия от них.
Сохранение свойств оригинальных нормальных клеток:
- синтез вторичных метаболитов;
- морозо- и жаростойкость, устойчивость к низким и высоким температурам;
- фотопериодическая реакция (сохраняется активность фитохрома);
- устойчивость к осмотически активным веществам, к засолению и т.п.

Отличия от нормальных клеток:
- изменение состава белков. В каллусных клетках появляются специфические белки и одновременно исчезают или уменьшаются в количестве белки, характерные для фотосинтезирующих клеток листа;
- физиологическая асинхронность, гетерогенность по возрасту. Присутствуют молодые клетки в G1-фазе, старые - в G2 и в S-фазах цикла клеточных делений;

- более длительный клеточный цикл, чем у растений, произрастающих в открытом грунте;
- неограниченный, анархический рост;
- слаборазвитые митохондрии, как и в меристематических клетках (в них мало крист, что влияет на активность аэробного дыхания);

- особенности энергетического обмена. Потребляют меньше кислорода по сравнению с нормальными (ДК более 1), т.е. в них снижен эффект Пастера (понижение процесса брожения под действием кислорода). Это роднит каллусные клетки с другими быстро делящимися клетками меристематическими и раковыми;

- повышенное потребление углеводов (в 19 раз) из-за аэробного гликолиза (бескислородное расщепление углеводов в присутствии кислорода);
- сдвиг в обмене углеводов в направлении пентозофосфатного пути, который является источником пентоз, необходимых для делящихся клеток.

Перечисленные особенности каллусных клеток позволяют очень эффективно использовать их в получении вторичных метаболитов и селекции растений.

Генетика каллусных клеток

Однотипно образующиеся каллусные клетки в процессе культивирования формируют каллусную ткань, которую характеризует гетерогенность по клеточному составу, что выяснено с 60-х гг. прошлого века. Каллусная ткань может содержать клетки следующих типов: паренхимные, меристематические, некротические, а также отдельные клетки или зоны проводящей системы.

Культура каллусных тканей обладает не только гетерогенностью по степени дифференцированности клеток, но и гетерогенностью по цитогенетическим характеристикам, которая может быть обусловлена двумя причинами:
1. Клетки исходного экспланта имеют разную плоидность. В условиях in vitro эти клетки индуцируются к делению и становятся источником отдельных клеточных линий.

2. Клетки исходного экспланта имеют одинаковую плоидность, характерную для меристематических клеток растения, но в условиях культивирования плоидность отдельных клеток может измениться.

Установлено, что примерно у 90 % из числа изученных покрытосеменных растений в процессе дифференцировки клеток происходит их полиплоидизация. Такие растения относят к полисоматическим или миксоплоидным, т.е. к растениям, которые одновременно содержат диплоидные и полиплоидные клетки.



Это, например, бобовые, пасленовые и т.д. Виды растений, клетки которых при дифференцировке сохраняют исходный уровень плоидности, относят к неполисоматическим, например, Crepis capillaris, Ipomoea batatas (батат), Ipomea purpurea, a также ряд видов Lilium (лилии).

Выделены и промежуточные виды, такие как подсолнечник и топинамбур, у которых содержание полиплоидных клеток обнаруживают только в некоторых тканях и не у всех растений.

Следовательно, у большинства растений только в апикальных меристемах, т.е. в кончиках корешков и верхушках побегов, клетки характеризуются нормальным клеточным циклом: за синтезом ДНК происходит деление ядра, а затем и всей клетки с образованием двух дочерних клеток.

Таким образом, в апикальных меристемах плоидность поддерживается на одном уровне и характеризует цитотип данного растения.

Клетки с различным уровнем плоидности образуются в результате эндомитоза и эндоредупликации. Оба эти процесса являются такими формами митоза, при которых не происходит деление ядра и клетки, но содержание ДНК в ядре увеличивается в геометрической прогрессии.

В условиях культивирования in vitro эндомитоз и эндоредупликация могут иметь место и у неполисоматических видов растений. Например, после года культивирования часть диплоидных клеток каллусной ткани Crepis capillaries (крепис) становится полиплоидной.

В условиях культивирования в большей степени, чем у интактных растений, наряду с полиплоидизацией происходит образование анеуплоидных клеток и клеток со структурными изменениями хромосом.

Индукторами онтогенетической изменчивости клеток в культуре могут быть различные компоненты питательной среды.

Наиболее хорошо изучена роль фитогормонов. При этом необходимо подчеркнуть, что действие одного и того же фитогормона в разных культуральных системах может приводить к неодинаковой реакции клеток. Так, в экспериментах по культивированию сегментов корня гороха на среде, содержащей синтетический ауксин-2,4-Д, наблюдалось деление диплоидных клеток. При добавлении в питательную среду кинетина начинали делиться тетраплоидные клетки.

В других экспериментах показана роль 2,4-Д как фактора полиплоидизации. Так, в суспензионной культуре гаплопаппуса при наличии в питательной среде 2,4-Д в течение шести месяцев культивирования происходило превращение диплоидной культуры в тетраплоидную.

Как правило, увеличение продолжительности культивирования, независимо от состава питательной среды и происхождения культуры, ведет к повышению цитогенетической нестабильности.

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