Соматический эмбриогенез - образование в каллусной или суспензионной культуре эмбриоидов, то есть зачатков интактного растения, способных развиваться во взрослое растение. С точки зрения биотехнологии, он имеет много преимуществ перед органогенезом, так как регенерант на основе соматического зародыша полностью сформирован, а побеги надо еще укоренять.

Формирование эмбриоидов (зародышей) из соматических клеток в условиях in vitro впервые наблюдали в суспензионной культуре клеток моркови Ф. Стюард с сотрудниками (1958). Такие зародыши при переносе на соответствующую питательную среду развивались в целые растения. Этот процесс наглядно демонстрирует тотипотентность растительных клеток.

Соматический эмбриогенез включает стадии развития, аналогичные стадиям при зиготическом эмбриогенезе:

  • глобулы,
  • сердца,
  • торпеды,
  • сформированного зародыша молодого проростка.

В некоторых случаях эмбриоиды образуются непосредственно из клеток ткани, введенной в культуру, так называемый прямой эмбриогенез. В других случаях происходит непрямой эмбриогенез: вначале формируется каллус, а уже из него развиваются зародыши. Эмбриоиды образуются из одиночных клеток, расположенных в основном на поверхности каллуса. Окружающие вакуолизированные клетки могут выполнять по отношению к эмбриогенным клеткам функцию ткани-«няньки».

В суспензионных культурах выделяют два основных этапа:

  1. сначала из одиночных клеток в результате многократных делений формируются компактные проэмбриогенные комплексы,
  2. затем из такого комплекса развивается один или несколько эмбриоидов.

Клетки, дающие начало эмбриоидам, отличаются более плотной цитоплазмой, относительно большим ядром с увеличенным ядрышком, в них присутствуют крупные крахмальные гранулы и мелкие вакуоли. Эти клетки метаболически активны, богаты белками и РНК. Потребность в гормонах на каждом из этапов эмбриогенеза различна.

Проэмбриогенные комплексы образуются в присутствии ауксина, однако переход к формированию эмбриоидов данный гормон ингибирует. Поэтому на втором этапе соматического эмбриогенеза ауксин или исключают из среды, или используют его в очень низких концентрациях.

Предполагают, что прямой эмбриогенез в культуре происходит из клеток, которые уже детерминированы для эмбриогенного развития перед эксплантацией, то есть являются преэмбриогенно детерминированными. Поэтому чтобы произошла экспрессия эмбриогенеза, требуются только благоприятные условия.

Непрямой эмбриогенез идет путем редетерминации (повторной детерминации) дифференцированных клеток, пролиферации каллуса и развития эмбриогенно детерминированного состояния. Тогда необходимы гормоны как для индукции деления клеток, так и для детерминации эмбриогенного состояния.

Клетки молодых проростков, особенно из эпидермиса гипокотиля, представляют собой наиболее удобный материал для получения соматических эмбриоидов. Эта способность клеток уменьшается по мере удлинения срока от начала культивирования. Например, у моркови эмбриоиды начинают образовываться через 4-6 недель после получения каллуса, оптимальный возраст культуры для индукции соматического эмбриогенеза - 15-20 недель; 30-40 недельная культура часто теряет свой эмбриогенный потенциал.

Наиболее ранняя фаза детерминации клетки на эмбриогенный путь развития - приобретение его свойств полярности, или аксилярности. Она поддерживается несколькими механизмами, которые включают активный базипетальный транспорт эндогенного ауксина, градиент БЭП, градиенты ионов Са2+. Важное значение имеют:

  • перестройка цитоскелета морфогенных клеток,
  • активация протеинкиназы Р34,
  • ингибирование фосфорилирования и окончания деления,
  • переход клеток в состояние покоя.

В незрелых зародышах изменяется содержание эндогенных фитогормонов. В регуляции соматического эмбриогенеза очень большую роль играют свет (возможно, посредством активации фитохрома), особенно его спектральный состав, а также экспрессия сигнальных белков. Индуктором эмбриогенеза также может быть слабый постоянный электрический ток. Интересно, что в некоторых ситуациях можно наблюдать органо- и эмбриогенез одновременно. Например, первичный каллус на срезе черешка листа моркови в разных участках давал начало как моно-, так и биполярным органам. В зоне, близкой к перициклу, каллусы дифференцировались как зачатки корней; затем в зоне коровой паренхимы каллусы дифференцировались как зачатки побегов. Значительно позже в субэпидермальной зоне возникали биполярные эмбриоиды. Возможно, такой морфогенез обусловлен эпигенетическим влиянием экспланта на первичные каллусные клетки.

© 2015-2019 vseobiology.ru | При использовании материалов сайта - прямая ссылка на vseobiology.ru обязательна.

Заказать курсовую

^ Наверх