| Головна |
| «« | ЗМІСТ | »» |
|---|
Мал. 31.2. Каллус культури тканини женьшеню
Культура рослинних клітин є штучно створеною біологічною системою, що функціонує in vitro і зберігає багато рис, властиві інтактним рослині. Є два варіанти функціонування таких систем: у вигляді каллуса, що утворився в процесі поверхневого культивування, а також у вигляді суспензії клітин в результаті глибинного культивування. Каллус- вельми гетерогенное освіту (рис. 31.2). Він являє собою сукупність недиференційованих клітин, здатних синтезувати деякі метаболіти, властиві цілому рослині.
Суспензія клітин більш гомогенна, ніж каллус, і проявляє здатність до більш швидкого росту і адаптації. Переклад клітин в культуру є сильним стресовим фактором, що змінює багато сторін клітинного метаболізму. Перш за все це стосується функціонування генома. Гени виживання індукуються, а гени, відповідальні за диференціювання, репресуються.
Незважаючи на деяке зниження биосинтетичної здатності, культивовані клітини рослин синтезують набагато більшу кількість метаболітів в порівнянні з мікробними клітинами.
Клітини рослин, перекладені в культуру, є чудовою моделлю для генетичних і біохімічних досліджень, що дає можливість в ряді випадків отримати унікальну інформацію. Наприклад, оцінка синтезу і стабільності індивідуальних білків неможлива на цілій рослині, але легко здійсненна на культурі клітин.
Що стосується практичної значущості цієї моделі, то можна виділити три основні напрями.
- В результаті злиття протопластів отримання рослин-регенерантів. За допомогою гідролізу руйнуються клітинні стінки і утворюються «роздягнені» клітини, або протопластів. Вони здатні до злиття, і цей процес називається парасексуальними гибридизацией рослинних клітин. Індуктором злиття є поліетиленгліколь, а утворені гібриди обробляються сильним лужним розчином або діметілсульфоксі- будинок. Техніка злиття нагадує освіту гібридів тваринами клітинами, проте є істотна відмінність. Злиття тварин клітин дозволяє отримати тільки нову клітку, а злиття протопластів є основою отримання нового гібридного рослини. Пapaceксуальная гібридизація за допомогою злиття протопластів дає можливість схрещувати філогенетично віддалені види рослин, які неможливо схрестити звичайним статевим шляхом, а також комбінувати батьківські гени рослин в різних варіантах (рис. 31.3).
Злиття двох типів протопластов відбувається при їх змішуванні в присутності поліетиленгліколю. Суміш наносять на скло і через 15 хв відбирають продукти злиття. Потім їх культивують на живильному середовищі, в результаті чого відбувається регенерація клітинної стінки і утворюється гібридна клітина, а потім соматичний гібрид.
Мал. 31.3. Злиття протопластів рослин
- Отримання первинних і вторинних метаболітів з культур рослинних клітин. З первинних метаболітів найбільше практичне значення мають ферменти рослинного походження. Вони менш токсичні в порівнянні з мікробними аналогами і, следоватсльно, нс вимагають високого ступеня очищення при їх застосуванні в промисловості та медицині.
Рослинні клітини здатні синтезувати незрівнянно більшу кількість метаболітів в порівнянні з мікробними клітинами. Продукти вторинного обміну клітинних культур рослин в ряді випадків не мають аналогів і не можуть бути отримані методом органічного синтезу. Таким чином, клітинний синтез рослинних клітин відіграє унікальну роль при отриманні ряду всшествдля потреб промисловості та медицини. Первинні культури клітин у багатьох випадках містять невеликі кількості вторинних метаболітів, що мають прикладне значення. Тому необхідно оптимізувати умови культивування, цілеспрямовано інтенсифікувати синтез цільового продукту. Це здійснюється:
Мал. 31.4. Отримання соматичних гібридів рослин (по Н. А. Картель)
Багато продуктів вторинного обміну культур клітин були отримані в промислових або лабораторних умовах. наприклад, серцеві глікозиди - з культури тканини наперстянки, стероїди - з діаскореі дельтоподібного, алкалоїди- з культури тканини маку, а також з зміїної і т. д., всього більше ста речовин, що мають істотне значення для промисловості та медицини. Основними проблемами, які ускладнюють отримання цільових продуктів з культури рослинних клітин, є створення генетично стабільних штамів і виділення метаболітів з молочних судин або вакуолей, де вони зазвичай накопичуються.
- За допомогою методів генної інженерії створення клітин або рослин-регенератов з новими властивостями.
В останні роки досягнуто великих успіхів, пов'язані з генетичною трансформацією клітин, в тому числі і рослинного походження. Схема трансформації включає в себе отримання протопласта, введення в нього необхідної генетичної інформації, формування повноцінної рослинної клітини, клонування і регенерацію. (Детально техніка генно-інженерних експериментів буде описана в наступному розділі.) У даній схемі «трансформований протопласт - суспензійна культура - калусних культура - цілу рослину» (рис. 31.4) - найбільш технічно важкими для виконання є перший і останній етапи. Остання операція представляється найбільш цінною і перспективною, оскільки дає можливість отримати рослини, в тому числі і сільськогосподарські, з новими, заданими властивостями.