Дедифференцировка клеток экспланта и каллусогенез - образование каллусной ткани. Дедифференцировка и каллусогенез зависят:
- от генотипа исходного растения,
- от внешних условий (особенно - регуляторов роста),
- от эпигенетических особенностей тканей экспланта.
Клетки запасающей паренхимы, корня, стебля, мезофилла листа и других тканей при помещении на питательную среду должны дедифференцироваться, т. е. вернуться к состоянию делящейся клетки. Если взять эксплант с набором разных тканей, то клетки их будут различно дифференцированы. Например, фрагмент стебля содержит клетки:
- эпидермальные,
- первичной коровой паренхимы,
- камбия,
- сосудистой системы,
- сердцевинной паренхимы.
В разных условиях культивирования и в зависимости от различий в физиологическом состоянии растения можно наблюдать пролиферацию преимущественно клеток либо камбия, либо коры, либо сердцевинной паренхимы. Поэтому культивируемые ткани гетерогенны уже по своему происхождению: слишком разные ткани составляют первичный эксплант и участвуют в образовании каллуса. В процессе культивирования гетерогенность каллусной культуры не исчезает, а порой даже усиливается. Для растительных культур in vitro часто характерно явление полиплоидизации и анеуплоидизации. В число возможных причин цитогенетической изменчивости входят:
- нарушение коррелятивных связей при выделении первичного экспланта из растения;
- действие компонентов питательной среды;
- влияние продуктов метаболизма, накапливающихся в среде при периодическом режиме культивирования;
- гетерогенность исходного материала и селекция клеток определенного
типа.
Для многих культур показана корреляция между возрастанием цитогенетической вариабельности в процессе культивирования и снижением морфогенного потенциала.
Обязательным условием дедифференцировки растительной клетки и превращения ее в каллусную является присутствие в питательной среде представителей двух групп фитогормонов:
- ауксинов,
- цитокининов.
Ауксины вызывают процесс дедифференцировки клетки, подготавливающий ее к делению, а цитокинины — пролиферацию (деление) дедифференцированных клеток. Если в питательную среду без гормонов поместить кусочек стебля, листа, корня (без верхушки) или любой другой растительный эксплант, состоящий из специализированных (дифференцированных) клеток, то деления клеток не произойдет и каллусная ткань не образуется. Это связано с неспособностью дифференцированных клеток к делению. Каждая клетка проходит три фазы роста:
- деление
- растяжение
- дифференцировку.
Характерной чертой заключительной фазы роста является утолщение вторичной клеточной оболочки, и потеря клеткой способности к делению. Для того чтобы дифференцированные клетки вновь приобрели способность к делению, необходимо, чтобы произошла их дедифференцировка, т. е. клетки как бы возвратились в меристематическое состояние. Размножение дедифференцированных клеток приводит к анархическому, неорганизованному росту, в результате чего образуется каллусная ткань. Таким образом, превращение специализированной клетки в каллусную связано с индукцией клеточного деления, способность к которому она потеряла в процессе дифференцировки.