Тақырып 4. Өсірген клеткалардың әртектілігі.

Жоспар:

1. Каллус клеткалар арасында морфологиялық айырмашылықтар.

2.Жасушалардың әртектілігіне генетикалық, эпигенетикалық және модификациялық өзгергіштіктердің әсері.

3.Гендік, немесе нүктелік мутациялар. Хромосомалық мутациялар немесе хромосомалық қайта құрулар (аберрациялар).

1. Каллус клеткалар арасында морфологиялық айырмашылықтар.

Өсіретін клеткалардың негізгі түрі каллус клеткалары. Каллус клеткалары түгел бөліне бермейді, көбірегі онтогенездің кезеңдерінен өтеді. Бірнеше рет бөлінген соң клеткалардың бір бөлігі созыла бастайды, сонан соң олар жетілген каллус клеткаларына айналады, кейін қартайып құриды. Жетілген каллус клеткалары («дифференцияланған» каллус клеткалары) сол өсімдіктін түріне тән қосымша заттардың синтезіне маманданады. Мұндай клеткалар паренхима клеткаларына ұқсас, ал бөлінетін клеткалар меристема клеткаларына ұксас болады (майда, вокуольдері жоқ , цитоплазмасы тығыз, қою).

Өсіру жағдайына байланысты популяцияда жоғарыда атаған клеткалардың ара қатынасы өзгеруі мүмкін. Мысалы, каллусты жаңа қоректік ортаға жиі көшіріп отырса, олардың ішінде қарқынды бөлінетін майда клеткалар әрдайым басым болады. Каллус клеткалар арасында морфологиялық айырмашылықтардан басқа тағы да биохимиялық қасиеттерінен, физиологиялық күйінен және генетикалық айырмашылықтары болады.

Каллус клеткаларының көлемі мен қалыпты бастапқы эксплант ұлпасының клеткаларына да, өзара бір-біріне де ұқсамайды, ядроларының саны мен формасы өзгереді. Каллустың жас клеткалары майда болса (15-30 мкм), ал кәрі клеткалары өте ірі болып келеді (500-1000 мкм). Қоректік ортада цитокинин болмаса клеткалардың көлемі ұлғаяды. Клеткалар мен ядролардың қалпы және көлемдерінің өзгеруі көбінесе плоидтылықтың (хромосомалар саны) өсуіне байланысты. Клеткаларды ұзақ өсіргенде олардың плоидтылығы ұдайы арта береді.

Өсірген клеткалардың полиморфизмі әр түрлі факторларға байланысты: түрінің және жасының ерекшеліктері, плоидтылығы, қоректік ортаның және өсіру жағдайының әсері, коррелятивтік байланыстардың жойылуы. Соңғы фактор, яғни бүтін өсімдікте болған қатаң реттелудін бұзылуы, клеткаларда in vitro жағдайында өздігінен өзгергіштік пайда болудың негізгі себебі. Қандай эксплант болса да, ол неше түрлі ұлпалардан тұрады. Сондықтан тіпті бір экспланттың әр түрлі ұлпаларынан түзілген каллустар бір-біріне ұқсамай, әртекті келеді. Ал табиғатта барлық қасиеттері бірдей эксплант болмайды, сондықтан да өсірген клеткалар бір сапалы болмайды.

Физиология жағынан клеткалардың әртектілігі олардың әр түрлі физиологиялық күйінде болуына (яғни бөліну, өсу, қартаю, құру) байланысты. Мұндай клетка популяциясы асинхронды деп аталады. Популяцияны синхронды болғызу, яғни барлық клеткалардың клетка циклінің бір кезеңінде болуы тіпті мүмкін емес. Себебі, бөлінетін клеткалардың саны 2-4% шамасында болады. Бөлінетін клеткалардың санын көбейту жолдары бар. Мысалы, бөлінуді тоқтататын қолайсыз жағдайлар (температура, қоректік ортадан маңызды заттарды шығарып тастау) бөлінуге дайын тұрған клеткалардың санын белгілі дәрежеде арттыруға мүмкіндік туғызады. Клетка циклінің кезендерін тежейтін кейбір химиялық заттар да популяцияны синхрондандыруға тиімді келеді.

Ең жақсы дегенде, клеткалардың 10-30% синхрондануы мүмкін, бірақ тез уакытта ол тағы да төмендейді. Бұл жерде мынаны атап өту қажет. Сұйық ортада өсірген клеткалардың физиологиялық айырмашылықтары азырақ болады. Себебі, үзбей араластырып тұрған сұйык ортада қоректену жағдайы, аэрациясы және уытты заттардың әкетілуі барлық клеткаларға бірдей болады.

Өсірген клеткалардың әртектілігіне генетикалық, эпигенетикалық және модификациялық өзгергіштік те себеп болады. Генетикалық, яғни мутациялық өзгерістер, генотиптің өзгеруіне әкеледі де, тұқым қуалайды. Мутация деген ДНҚ мөлшерінің немесе құрылымының өзгеруі. Мутация гендік, хромосомалық және геномдық деңгейінде өтеді. Гендік, немесе нүктелік мутациялар - ДНҚ молекуласының белгілі бір бөлігінде нуклеотидтердің қатар тізбегінің өзгеруі - геннің өзгеруі. Гендік мутациялар клеткалардың морфологиялық, биохимиялық және физиологиялық қасиеттерінің өзгеруіне әкеледі.

Хромосомалық мутациялар немесе хромосомалық қайта құрулар (аберрациялар) - хромосомалардың жүйелік өзгеруі. Хромосомалық қайта құрулар инверсия, делеция, дупликация, транслокация, транспозиция нәтижесінде пайда болады.

Геномдық мутациялар - клеткадағы хромосомалар санының өзгеруі. Атап өткен генетикалық өзгерістердің бәрі де in vitro жағдайында өсірген клеткаларда орын алады. Бәрінен гөрі хромосомалық өзгергіштік толық зерттелген. Тіпті бір ұлпаның бір ыдыста өсірген клеткаларында хромосома жиынтығы бірдей болмайды (диплоидты, полиплоидты, анеуплоидты).

Генетикалық өзгергіштіктің себептері әр алуан: 1) алғашқы эксплантты өсімдіктен бөліп алғанда коррелятивті байланыстардың бұзылуы, яғни организмнің бақылауы болмауы; 2) қоректік ортаның компоненттерінің әсері; 3) қоректік ортада жиналатын метаболизм өнімдерінің әсері; 4) бастапқы экспланттың өзіндегі әртектілік және белгілі бір клеткалардың селекциясы.

Хромосомалық өзгергіштік митоздың бұзылуы салдарынан (эндомитоз бен эндоредупликация) пайда болады. Эндомитозда хромосомалар шиыршықталып бұратылады, бірақ ядроның қабығы сақталады, ұршық бұзылады, хромосомалар ажырамайды, олардың деспирализациясы өтеді. Сондықтан, хромосомалардың саны көбейеді, ядро мен клетканың көлемі ұлғаяды.

Эндоредупликацияда ДНҚ-ның мөлшері ядрода көбейсе де, хромосомалар екі еселенбейді де ядро бөлінбейді. Сонымен қатар, митоздын бұзылуына байланысты хромосомалар дүрыс таратылмауы себебінен де полиплоидтық және анеуплоидтық клеткалар пайда болады.

Клеткалардың бөліну мен өсу жылдамдығы, қолайсыз жағдайларға төзімділігі олардың плоидтылығына байланысты. Соның салдарынан клеткалардың арасында бәсеке (конкуренция) басталып, кейбіреулері басым өсе бастайды. Осындай популяциядағы клеткалардың белгілі бір типі үнемі басым өсуін клеткалық селекция деп атайды. Басым өсу кейбір клеткалардың пролиферациясымен немесе басқа бір клеткалардың элимина-циясымен сипатталады. Мұндай селекцияны автоселекция деп атаған дұрыс, өйткені ол популяцияда өздігінен өтеді, сырттан стресс факторлар әсер етпейді. Автоселекция процесінде осы жағдайға ен жақсы бейімделген кариотип қалыптасады. Бәлкім, клеткалар жаңа жағдайға бейімді болғаны тіршілікке икемді полиплоидтық клеткаларды сұрыптау арқасында пайда болады. Өсіру жағдайы өзгергенде сұрыптау бағыты да ауысады. 2,4-Д мен кинетиннің жоғары концентрациялары полиплоидтену мүмкіншілігін арттырады.

Цитогенетикалық әртектіліктін пайда болуына өсіру жағдайының тигізетін әсерін гаплопаппус деген өсімдікпен өткізілген тәжірибелерден айқын көруге болады. Р.Г. Бутенконын лабораториясында екі жыл ішінде осы өсімдіктің меристемалық клеткаларын өсірген, ай сайын пассаж жүргізіліп отырған. Ақыр аяғында алғашқы диплоидтық клеткалар плоидтылығын 95%-ке өзгерткен. Т. Эриксон деген швед зерттеушісі де осы ұлпамен жұмыс істеген, бірақ ол пассажды екі күн сайын өткізіп тұрған. Нәтижесінде штамм диплоидтылығын тұрақты сақтап қалды. Алайда өсіру әдісі популяциядағы клеткалардың генетикалық тұрақтылығына толығымен кепіл бола алмайды, себебі бастапқы материалдың өзі генетикалық тұрғыдан әртекті болуы мүмкін. Өсімдіктердің көпшілігінде дифференцияланған ұлпалар клеткаларының плоидтылығы әр түрлі болады. Маманданған клеткалар мысалы, жапырақтың жасыл паренхимасы, тамырлар мен түйнектердің қорлы ұлпалары көбінесе полиплоидты болып келеді. Егер алғашқы материал ретінде диплоидтық меристемалық клеткаларды алып, оларды ағынды ашық жүйеде өсірсе, бұл генетикалық тұрақтылықты сақтаудың шарты болады. Клоннын генетикалық тұрақтылығы сақталуы көп массалы ұлпаларды өсіргенде, одан маңызды заттарды бөліп алу үшін өте қажет. Сонымен қатар өсірген клеткалардың, оларды бөліп алған өсімдіктен генетика жағынан бұлжымауы бағалы бірегей өсімдіктерді көбейтуде маңызы зор. In vitro жағдайында өсірген клеткаларды өсімдіктің физиологиялық және биохимиялық процестерін зерттеуге модель ретінде қолданған кезде олардың генетикалық біркелкілігі өте қажет.

Дегенмен, клеткалардың генетикалық әртектілігін тиімді құбылыс ретінде де бағалауға болады. Өйткені ол клеткалардың бейімделу мүмкіншіліктерін арттырады. Клеткалар популя-циясында полиплоидты клеткалар өзінен-өзі сұрыпталады, яғни полиплоидтық клеткалардың автоселекциясы өтеді. Сондықтан олар тіршіліктің жаңа жағдайларына тезірек бейімделіп кетеді. Сонымен қатар, осындай өзімен-өзі немесе қандай болмасын фактордың ықпалымен пайда болған клеткалардан бастапқы өсімдікке ұқсамайтын регенерант алуға болады. Мұндай өсімдіктер сомаклондық варианттар деп аталады. Оларды ауыл шаруашылығы дақылдарының сорттарын асылдандыру үшін қолдануға болады.

In vitro жағдайында өсірген клеткалар әртекті болуы тағы эпигенетикалық өзгерістерге байланысты, яғни гендердегі генетикалық информацияны көшіру, іске асыру бағдарламасындағы өзгерістерге байланысты.

Тұқым қуаламайтын өзгерістерге модификациялық өзгергіштік жатады. Олар ортаның ықпалымен пайда болады, клеткалардың бейімділігін арттырады. Бұл өзгерістер клетканың генетикалық құрылымына әсер етпейді. Сол арқылы физиологиялық адаптация іске асады, өсімдіктің түріне тән реакция нормасымен шектеледі. Клеткалардың морфологиялық, физиологиялық және цитогенетикалық әртектілігі ұзақ өсірген кезде арта түседі.

5 Дәріс