Сельскохозяйственная биотехнология - Шевелуха Е.А.
Скачать (прямая ссылка):
Явление приобретенной гормоннезависимости существенно ограничивает возможности биотехнологии растений, поскольку клетки тканей, обладающие данным свойством, практически не способны к дифференцировке, а следовательно, и к регенерации целого растения. Изучение причин и механизмов приобретения гормоннезависимости крайне важно, поскольку может дать ключ не только к решению проблем сельскохозяйственной биотехнологии, но и к лечению онкологических заболеваний человека.
В норме клетки проходят митоз, после чего вступают в стадию G,„ на которой и происходит дифференцировка и клетка приобретает специализацию. В случае опухолевых клеток в гор-моннезависимых каллусных тканях клетки бесконечно проходят клеточный цикл и не переходят к стадии Ga. На примере прокариот (дрожжей) показано, что клеточный цикл строго контролируется геномом. Переключение блоков генов «cdc» включает ту или иную стадию цикла. Выход из клеточного цикла в стадию G„ контролируется специальными rest-генами. Механизм регуляции клеточного цикла у эукариот много сложнее и обусловлен связыванием ДНК с гистонами, белками-репрессорами, метилированием регуляторных участков ДНК и рядом других причин.
Среди генов, обеспечивающих клеточный цикл, важное место занимают гены ферментов синтеза фитогормонов — ауксина и цитокинина. В целом растении нет ни одного органа, где бы происходил синтез этих фитогормонов,— меристемы побега, продуцирующие ауксин, нуждаются в цитокинине, синтезируемым меристемами корня, и наоборот. Соответственно, ни одна меристема не может в норме обеспечить себя регуляторными веществами для бесконечного поддержания клеточного деле-346
ния. Приобретение такой способности при длительном пассировании каллусной ткани делает ее бесконечно делящейся.
Возможные подходы к преодолению гормоннезависимости каллуса при длительном пассировании могут быть связаны с блокированием синтеза избыточного количества как фитогормонов, так и их рецепторов. Очень интересные результаты по индукции морфогенеза ауксиннезависимого каллуса табака получены немецкими исследователями, показавшими, что при введении в гормональную среду других фитогормонов— брассино-стероидов каллус приобретает способность к образованию эм-бриоидных структур. Эмпирически был найден и другой путь повышения морфогенной способности каллуса при пассировании — включение в питательную среду азотнокислого серебра, блокирующего образование этилена.
Регуляторная подготовка материнских растений. Сравнительно новым направлением фиторегуляции в биотехнологии растений является подготовка маточных растений, позволяющая значительно повысить эффективность ряда операций. Впервые этот прием разработан в лаборатории регуляторов роста и развития сельскохозяйственных растений ТСХА для повышения приживаемости апикальных меристем картофеля и некоторых плодовых пород при их оздоровлении и микрокло-нальном размножении.
Суть данного приема заключается в предварительной обработке материнских растений ретардантами, главным образом, хлорхолинхлоридом. При этом подавляется биосинтез гиббереллинов, что обусловливает некоторое сокращение осевого вегетативного роста. При пересадке на искусственную питательную среду такие меристемы гораздо лучше приживаются.
Улучшение приживаемости меристем при предварительной обработке маточных растений ретардантами, по-видимому, связано с изменением гормонального статуса в сторону подавления гиббереллинов, являющихся антагонистами ауксина при ризогенезе. Другим объяснением может быть тот факт, что при обработке маточных растений ретардантами образуется меристема более плоской формы, что обеспечивает больший контакт экспланта с питательной средой.
Наряду с достоинствами данного приема, следует отметить и весьма существенный недостаток — повышение вероятности заражения вирусной инфекцией.
Принцип предварительной обработки маточных растений для получения желаемых признаков культуры in vitro можно использовать для снятия апикального доминирования и ряда других эффектов.
Получение трансгенных растений с измененным гормональным статусом. Процесс получения трансгенной растительной ткани с измененным фитогормональным статусом происходит в природе без вмешательства человека. В ходе эволюции у двух видов агробактерий (Agrobacterium tumifaciens и А. rizogenes) сформировался очень интересный паразитический механизм, позволяющий им не только синтезировать необходимые белки, используя генетический аппарат растения-хозяина, но и обеспечивать постоянный приток пластических веществ, дедифференцировку и пролиферацию зараженных клеток.
Основа паразитического механизма агробактерий—введение в растительную клетку плазмиды, встраивающейся в хромосомную ДНК растения и содержащей наряду с генами специфических бактериальных белков (наполина и октапина) гены ферментов синтеза фитогормонов — ауксина и цитокинина. При этом уровень этих гормонов повышается, специализированная растительная клетка дедифференцируется и бесконечно делится, образуя галл при заражении A. tumifaciens и множество нитевидных воздушных корней при заражении А. rizogenes. Значительный интерес представляют новейшие научные данные, свидетельствующие о том, что при внедрении плазмиды в геном растения-хозяина подавляется синтез фитогормонов, ранее присущих данной клетке.
