А.11) Представление о тотипотентности клетки. Культура изолированных клеток, тканей и оргаов растений

В основе метода культуры клеток и тканей растений лежит уникальное свойство растительной клетки – тотипотентность. Тотипотентность – это способность клетки реализовывать генетическую информацию, обеспечивающую ее дифференцировку и развитие до целого организма. Тотипотентностьприсуща оплодотворенной яйцеклетке растений и животных. Что же касается дифференцированных клеток, то у животных тотипотентностьприсуща только некоторым клеткам кишечнополостных. У высших животных с началом специализации клеток, т.е. уже начиная с ранних этапов эмбриогенеза, тотипотентность не реализуется. В отличие от животных у растений в природных условиях тотипотентность могут проявлять и специализированные клетки. Например, тотипотентность у растений реализуется при заживлении ран. В этом случае на раневой поверхности растения в результате неорганизованной пролиферации клеток происходит развитие каллуса (лат. «мозоль»). Образование каллуса можно наблюдать при прививках в местах срастания привоя и подвоя. Каллус первоначально состоит из недифференцированных клеток. Впоследствии в нем может иметь место вторичная дифференциация с образованием специализированных тканей и органов. Однако в природных условиях растения ряда систематических групп тотипотентность не проявляют. Ввиду высокой специализации клеток многие однодольные растения утратили способность к раневой реакции и вегетативному размножению.

Термин «культура клеток, тканей и органов растений» применяется к следующим асептически выращиваемым частям растения: изолированным зародышам, изолированным органам (кончики корней, меристемы побегов, листовые примордии, части молодых цветков и плодов), каллусной ткани, суспензионной культуре, культуре протопластов.

Роль культуры изолированных клеток и тканей в биотехнологии следует рассматривать в нескольких направлениях. Первое из них связано со способностью изолированных растительных клеток продуцировать ценные для медицины, парфюмерии, косметики и других отраслей промышленности вещества вторичного синтеза: алкалоиды, стероиды, гликозиды, гормоны, эфирные масла и др. Продуктивность культивируемых клеток в результате клеточной селекции может значительно превышать продуктивность целых растений. Эта особенность широко используется для создания технологий промышленного получения БАВ. Помимо биосинтеза важных соединений, культивируемые клетки способны к биотрансформации, т.е. превращению дешевых предшественников в ценный конечный продукт.

Второе направление – это использование культуры изолированных тканей для размножения и оздоровления посадочного материала. Этот метод, названный клональныммикроразмножением растений, позволяет получать от одной меристемы сотни тысяч растений в год. Преимущества клональногомикроразмножения столь велики, что сейчас разработаны рентабельные биотехнологии получения посадочного материала хозяйственно ценных оздоровленных сортов картофеля, винограда, овощных, плодовых, декоративных растений и лесных пород. Таким путем создается система безвирусного растениеводства.

Третье направление – использование изолированных клеток и тканей в селекции растений. Метод культуры тканей открывает новые возможности для расширения генетического базиса, для облегчения и ускорения селекционного процесса, а также для конструирования принципиально новых форм растений. Криосохранение культивируемых клеток является еще одним направлением их использования в биотехнологии. Это означает длительное хранение штаммов клеток растений при температуре жидкого азота (–196 ˚С) в целях создания банка генов редких и исчезающих видов, ценных селекционных объектов и штаммов- продуцентов веществ вторичного происхождения. На рис. 1.4 представлены основные отрасли народного хозяйства, в которых используются культивируемые клетки растений.

Таким образом, в настоящее время прогресс в растениеводстве, фармакологии, пищевой, парфюмерной, легкой, химической промышленности теснейшим образом связан с дальнейшим развитием клеточных технологий растений и их ускоренным внедрением в народное хозяйство.

Дата добавления: 2017-02-01