49.Морфогенез в каллусных тканях как проявление тотипотентности растительной клетки

Дифференцировка каллусных тканей.используют изолированные ткани, клетки, протопласты, культи­вируемые в стерильных условиях. Преимущество - нет необходимости постоянно учитывать ре­зультаты взаимодействия органов в целостной системе раститель­ного организма. Во-первых, это вторичная дифференцировка разной степени сложности. Во-вторых, в клетке может сфор­мироваться состояние стойкой дедифференцировки («привыка­ние»), а, следовательно, способность расти на безгормональной среде. В-третьих, каллусная клетка проходит свой цикл развития, завершающийся ее старением и отмиранием.

Наибольший интерес вызывает первый путь, фактически пред­ставляющий Вторичная дифференцировка каллусной клетки может завер­шиться образованием в каллусной ткани отдельных дифференци­рованных клеток. Они имеют определенное строение и выполняют специфические функции. Примером служит образование эпибла-стов — клеток, в которых запасаются вторичные метаболиты. К самым сложным видам вто­ричной дифференцировки относятся органогенез — образование органов и соматический эмбриогенез — образование из сомати­ческих клеток эмбриоидов, биполярных зародышеподобных струк­тур. Все эти типы дифференцировки возможны только благодаря тотипотентности

Все каллусные клетки, готовые ко вторичной дифференцировке, т.е. детерминированные, характеризуются общими чертами. Эти клетки — «клеткиинициали»— образуют утолщенную клеточную стенку, обособляясь от остальных каллусных клеток. Для них ха­рактерно более крупное ядро, большее количество запасных ве­ществ, меньшие размеры вакуолей. В «клеткахинициалях» начи­нается синтез определенных белков, интенсифицируется пентозофосфатный путь расщепления гексоз. Очень важно, что между этими клетками, формирующими меристематические очаги, восстанавливаются плазмодесмы, которые практически отсутству­ют в массе каллусных клеток.

Гистогенез. Главную роль в преобразовании каллусных клеток в сосудистые элементы играют фитогормоны, в основном ауксины. Опыты по влиянию апикальной меристемы побега (место синтеза ауксинов) на гистогенез в каллусной ткани показали, что ниже места прививки апекса в каллусной ткани начинали образовы­ваться сосудистые элементы. Тот же эффект наблюдался при на­несении на каллус ауксина с сахарозой.

Большое значение в создании новых форм растений для изуче­ния взаимодействия ядерного генома и геномов органелл имеет способность изолированных протопластов сливаться, образуя гиб­ридные клетки. Таким способом можно добиться получения гиб­ридов от растений с разной степенью таксономической удален­ности, но обладающих ценными хозяйственными качествами.

Впервые протопласты были выделены Дж. Клернером в 1892 г. при изучении плазмолиза в клетках листа телореза (Stratiotesabides) во время механического повреждения ткани. Поэтому этот метод назван механическим. Он позволяет выделить лишь небольшое ко­личество протопластов (выделение возможно не из всех видов тка­ней); сам метод длительный и трудоемкий. Современный метод вы­деления протопластов заключается в удалении клеточной стенки с помощью поэтапного использования ферментов для ее разруше­ния: целлюлазы, гемицеллюлазы, пектиназы. Этот метод получил название ферментативного.

Изолированные протопласты можно культивировать. Сразу же после удаления ферментов у прото­пластов в культуре начинается образование клеточной стенки. Протопласт, регенерировавший стенку, ведет себя как изолиро­ванная клетка, способен делиться и формировать клон клеток. Регенерация целых растений из изолированных протопластов со­пряжена с рядом трудностей. Получить регенерацию через эмбрио­генез удалось пока только у растений моркови. Стимуляцией пос­ледовательного образования корней и побегов (органогенез) до­бились регенерации растений табака.

50.

51. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА КУЛЬТУРЫ ИЗОЛИРОВАННЫХ КЛЕТОК И ТКАНЕЙ В СИНТЕЗЕ ВТОРИЧНЫХ МЕТАБОЛИТОВ. Метод культуры изо­лиров. тканей широко используется в с∕х и промышл.производстве .Примером м.служить массовое клональное микроразмножение плодовоовощных и де­коративных растений, а также их оздоровление от вирусных и др. инфекций. С помощью культуры in vitro можно расширить возможности селекционной работы: получать клоны клеток, а за­тем и растения с запрограммированными свойствами. Благодаря способности кл-к синтезир-ть в культуре вторич. метабо­литы возникла отрасль промышленности, осуществл. био­логич-й синтез вещ-в, необходимых человеку.Синтез вторичных метаболитов. Растения всегда служили источ­ником пищи, эфирных масел, красителей и, конечно же, лекар­ств-х соединений. Так, мак снотворный -источник болеутоляющего вещ-ва — кодеина; Способность интактных раст. синтез-ть различ.соединения привела к предположению, что тем же свойством будут обладать кл-ки и ткани этих растений, выращ-е в стер-х условиях. В наст.время промыш. синтез вторич.метаб-в –перспектив. направление. Синтез вторич. метаб-в происходит глав. образом в суспензионной куль­туре клеток, в регулируемых условиях, поэтому он не зависит от климатич-х факторов, от повреждения насекомыми. Культуры выращив-т на малых площадях в отлич. от больших массивов плантаций с необход. растениями. К-ры клеток растений м.синтез-ть практически все классы соединений вторич. обмена, довольно часто в колич-х, в несколько раз превышающих их синтез в целых растениях. Кроме того, в культурах м.начаться синтез веществ, не харак-х для исход. растения, либо расширяется набор синтезир-х соединений. В ряде случаев в клет.кул-ре образ. вещ-ва, кот.синтез.интактным растением на ювенильной фазе развития, либо вещества, содержав-ся в клетках филоген-ки более ранних групп растений. Синтез вторич. соединений м. коррелировать с процес­сом дифференц-ки в к-ре клеток. У большого числа кул-р вторич. метаболиты синтезир-ся и накап-ся в значит-х колич-х .Важная особен-ть культивир.популяции клеток стабильность в отношении синтеза и накопления продуктов вторич.синтеза. Синтез вто­рич. метаболитов в культивир-х кл-х связан с внутри­клеточ.органеллами, в основном с пластидами и эндоплазматич.ретикулумом. Большое влияние на рост суспензион. среды оказы­вает ее непрерывное перемешивание, кот. обеспеч-т хоро­шую аэрацию и предотвращает осаждение клеток. В лабораторных условиях перемешивание достигается благодаря использованию качалок или роллерных установок. При промыш. выращи­вании суспенз. кул-р прим. спец. системы, в кот. идут увелич. биомассы и синтез вторич. соеди­нений, — биореакторы. Сущ-т еще 1 технология получения вто­рич. метаболитов с помощью иммобилиз-х кл-к кул-ры, т. е. помещение их в опред. носитель или адсорбция в нем. Носитель с клетками помещают в питательную среду. Клет­ки остаются живыми. Они прекращают рост, но продолжают син­тез метаболитов, выделяя их в среду.Часто синтез вторич. метаболитов в суспензион­.культуре останавл. на промежуточных этапах, не дохо­дя до необходимого продукта. Получ. продукта возможно бла­годаря процессу биотрансформации. Сущность его : из­менениие промежут. метаболитов с помощью культур др. растений или кл. бактерий. Биотрансф. эффек­тивна в бактериал-х кл-х, поэтому растит. клетки используют, когда процесс не осущ.в клетках микро­организмов. Большой интерес пред-т также дальнейшее разви­тие методов биотрансформации метаболитов и иммобилизации культив-х клеток.