2. Сомаклональная изменчивость каллусных клеток и методы повышения ее частоты

Каллус представляет собой неорганизованную массу делящихся клеток. Ряд исследователей, в частности, Р.Г. Бутенко, [17] опре­деляют каллусы как ткань, лишенную одного из главных признаков ткани - дифференцировки, и вводят термин "каллусная ткань", широко употребляемый в настоящее время в биотехнологической литературе.

Для селекционеров каллус интересен довольно высокой вариа­бельностью его клеток.

Считается, что процесс дедифференциации и условия культивиро­вания обусловливают повышенную изменчивость клеток, которую приня­то называть сомаклональной.

Часть сомаклональных изменений являются эпигенетическими, не сохраняются при половом размножении и могут угасать при дальнейшем культивировании. Множество таких примеров со ссылкой на ряд авто­ров приводят в своей книге Ю.Ю. Глеба и К.М. Сытник [З].

Однако является общепризнанным, что огромное количество сома-клональных изменений связано с изменчивостью ДНК, структурной из­менчивостью хромосом, изменчивостью числа хромосом.

Существуют разные взгляды на природу сомаклоналъной изменчи­вости.

По одной гипотезе в условиях искусственной культуры процессы дифференциации и дедифференциации идут с многочисленными ошибками, что приводит к сомаклональной изменчивости [18].

Другие авторы [19, 20, 21] считают, что физиологические изме­нения, происходящие в клетках, при переводе их в культуру in vitro, приводят к изменению метилирования ДНК, что активизирует мобильные генетические элементы типа Ас (activator) и Spm (supresssor – mutator). Мобильные генетические элементы вызывают генетичес­кие изменения типа дупликаций, делеций, транслокаций хромосом, а также точковые мутации.

Отмечается [23, 24], что частота генных мутаций в культуре клеток очень высока и может достигать в расчете на локус 10^-2 и выше.

Поскольку все виды сомаклональной изменчивости расширяют спектр мутаций и увеличивают тем самым возможности для проведения отбора ценных сомаклонов, одной из задач в работах по тканевой селекции является ее стимулирование.

Многими авторами установлено существенное влияние факторов окружающей среды на уровень и спектр сомаклональной изменчивости.

Отмечено влияние на хромосомную изменчивость температуры, ос­вещенности, состава питательных сред при индукции каллусогенеза [24, 25. 26-28].

В опытах с H. gracillis [29] и джутом [30] было показано влияние минерального состава сред на изменчивость числа хромосом. В.А. Кунах в своем обзоре [31], анализируя многочисленные и зачастую противоречивые данные о влиянии фитогормонов (6-БАП, кинетин, 2,4-Д) на сомаклональную изменчивость отмечает, что "гор­моны стимулируют хромосомные перестройки, но в ряде случаев не вызывают заметных изменений генома. Такие изменения могут прояв­ляться через несколько суток после начала пролиферации" (с. 923).

Уровень геномной изменчивости клеток первичного каллуса зави­сит от условий выращивания растений и от стадии клеточного цикла исходного экспланта [32].

Отмечено влияние на процессы изменчивости сахарозы и других сахаров [33-35], а также веществ с нечетко определенным хими­ческим составом, а именно: кокосового молока, дрожжевого экстрак­та [36, 37].

Рядом авторов [38-41] были проведены исследования закономер­ностей сомаклональной вариабельности по морфологическим и некото­рым биохимическим признакам (изозимные спектры эстеразы, пероксидазы, варианты зеина) [38, 39], по хромосомным аномалиям [39, 40] и осмоустойчивости [41] у регенерантов кукурузы.

Экспериментально было подтверждено, что продолжительность субкультивирования существенно влияет на вариабельность. С увели­чением продолжительности субкультивирования с 2 до 14 месяцев среди регенерантов значительно возрастало число хлорофиллдефектных, нежизнеспособных и стерильных растений, растений с укорочен­ными междоузлиями. Однако аномалии развития не наследовались. Между тем, была отмечена хорошая наследуемость изменений количественных морфоло­гических признаков. Изменения качественных признаков наблюдались очень редко.

Исходя из приведенных данных, следует иметь в виду, что при инициировании и субкультивировании каллусных культур необходимо создавать условия, способствующие не только росту каллусов, но и увеличению частоты и спектра сомаклональной изменчивости с целью расширения возможностей отбора ценных сомаклонов.

Обобщая данные ряда авторов по сомаклоналъной изменчивости и отбору ценных сомаклонов, А.М. Носов в своем обзоре [42] отмечает, что отбор клеток и тканей на какие-либо физиологические признаки, даже если они обусловлены генетическими сомаклональными изменени­ями, далеко не всегда позволяет получить растения-регенеранты, обладающие данными признаками.

Процессы вторичного метаболизма, а также процессы роста и развития, находящиеся под действием организменного контроля, в клеточных суспензиях и культурах каллусов неадекватны процессам в интактном растении [42].

Что же касается резистентности, то "можно предположить, что модель адекватна для клеточного уровня устойчивости и неадекватна, если устойчивость определяется на уровне целого организма'' [по 42, с. 840].

На клеточном уровне действует резистентность к засолению [43], закислению и защелачиванию почв, к экстремальным температурам [44], антибиотикам, гербицидам, аналогам аминокислот и азотистых осно­ваний, а также патогенам, поражающее действие которых определяется токсинами.

В силу того, что широко распространенные в насаждениях земля­ники грибы Phytopftora cactorum (Leb. et Cohn) Shroet и Botritis cinerea Pers. являются факультативными паразитами, и вредо­носность их определяется действием токсинов, из устойчивых к грибным токсинам клеток каллусных культур можно регенерировать растения, проявляющие устойчивость к патогенам на организменном уровне.