Развитие нового растительного организма начинается с одной клетки — зиготы, которая включает в себя весь потенциал будущего растительного организма — она тотипотентна. Клетки, возникающие из зиготы, имеют одинаковую генетическую основу, но несмотря на это, многочисленные клетки, из которых формируются ткани и органы целого растительного организма, различны по своим функциям, форме и биохимическим процессам, происходящих в них. Специализированные клетки разных тканей и органов выполняют вполне определенные функции в целом растении. Однако, если определенным образом изменить условия, в которых находится специализированная клетка, то в большинстве случаев можно вызвать в ней ростовую активность, дедифференциацию клеток, неорганизованный рост, а при определенном дальнейшем изменении условий — и вторичную дифференциацию клеток, идущую различными путями. Вне организма почти каждая живая растительная клетка при создании соответствующих условий способна к делению и росту. Априори считается, что чем менее биохимически и структурно специализирована клетка, тем легче она будет дедифференцироваться.
Характерной особенностью процесса дедифференциации клеток и различных тканей из самых разнообразных органов является то, что в результате возобновления эмбриональной активности все они образуют массу каллусной ткани. В ранних исследованиях по моркови для получения каллусных культур использовалась ксилемная и флоэмная паренхима корнеплодов моркови (Бутенко, 1964).
Исходя из свойства тотипотентности растительной клетки предполагалось, что изменение условий культивирования может вызвать вторичную дифференциацию клеток в культуре in vitro. К концу XX в. было установлено, что дифференцировка клеток растений in vitro может происходить различными путями и в различной степени — от дифференцировки отдельных клеток до развития целого растения (Бутенко, 1999).
- Наиболее простой вид дифференцировки — появление в каллусной ткани дифференцированных клеток, имеющих специфическое морфологическое строение и выполняющих особые функции. Достаточно часто наблюдается возникновение эпибластов — клеток, депонирующих запасные вещества, а также вторичные метаболиты.
- Гистологическая дифференциация каллусных клеток (гистогенез) — образование в каллусе различных тканей. В каллусной ткани может происходить образование млечников, волокон, трихом; сюда же можно отнести элементы сосудистой системы — трахеи и трахеиды ксилемы, ситовидные трубки и клетки-спутники флоэмы.
- Органогенез (монополярные структуры) — это дифференциация каллусных клеток в целые органы: превращение их в апексы стеблей или корней, флоральные элементы.
- Соматический эмбриогенез (биполярные структуры) — образование в каллусной или суспензионной культуре эмбриоидов, т. е. зачатков интактного растения, способных развиваться во взрослое растение.
Дифференциация тотипотентных клеток in vitro зависит от ряда факторов:
- вида растения и генотипа растения-донора;
- условий культивирования (различных питательных сред, экзогенных гормональных факторов, стимуляторов);
- физических факторов культивирования (фотопериода, качества и интенсивности освещения, температурного режима, рН, аэрации).
Источник: Тюкавин Г. Б. Основы биотехнологии моркови: Монография / ВНИИССОК. – М., 2007. – 480 с.
Автор фото в статье: Ляпустина Е.В.