История биотехнологии растений. Часть 2

В 1970 г. было впервые достигнуто слияние 2 протопластов одного вида, а в 1972 г. P. Carlson провел первое межвидовое скрещивание растений в результате слияния 2 протопластов.

На территории бывшего СССР работы в области культивирования растительных тканей проводились давно. Так, культура изолированных корней широко использовалась Н.Г. Холодным в работах, начатых еще в 1915 г. С помощью этой методики им был установлен тот факт, что некоторые растительные гормоны синтезируются в кончиках корней. Эти исследования в дальнейшем послужили основой для разработки гормональной теории тропизмов. Систематические работы по культивированию растительных тканей были продолжены в 1944 г. в Институте физиологии растений им. К.А. Тимирязева АН СССР под руководством акад. Н.А. Максимова и проф. А.А. Прокофьева. Эти исследования были направлены на получение латекса корнями тау-сагыза in vitro и выращивание изолированных зародышей на ранних этапах их формирования. В последующие годы они продолжались под руководством Ф.А. Калинина в Институте физиологии растений АН УССР (Киев) и были направлены на выращивание зародышей из нежизнеспособных семян, а также изучение условий и причин возникновения растительных опухолей.

В 1957 г. исследования методом культуры тканей возобновлены в Институте физиологии растений АН СССР по инициативе акад. Л.A. Курсанова и под руководством Р. Г. Бутенко. В 1958-1964 гг. Р.Г. Бутенко сконцентрировала свое внимание на изучении физиологии изолированных верхушечных почек при переходе из вегетативного в генеративное состояние. Результаты этих исследований освещены в изданной в 1964 г. монографии “Культура изолированных тканей и физиология морфогенеза растений”, которая была и остается настольной книгой многих поколений биотехнологов. В 1960-х годах в лаборатории культуры тканей и морфогенеза, возглавляемой Р.Г. Бутенко, начаты работы по оздоровлению меристем растений и последующему их клональному размножению. В данном аспекте были изучены условия микроразмножения целого ряда ценных сельскохозяйственных и промышленных культур.

Многие работы член-корреспондента Российской Академии наук, акад. Р.Г. Бутенко и работы ее учеников посвящены изучению процессов морфогенеза в культуре in vitro (Бутенко, 1964, 1975, 1999; Калинин и др., 1980; Черевченко, Кушнир, 1986).

Начало работ по семенному размножению и гибридизации тропикогенных орхидных в искусственных условиях положено в 1951-1957 гг. в лаборатории Главного ботанического сада (ГБС) АН СССР. В.А. Поддубная-Арнольди и В.А. Селезнева получили гибриды от межсортовых и межвидовых скрещиваний растений из родов Cypripedium, Dendrobium, Cattleyaи др. В то время эмбриология представителей семейства орхидных была изучена недостаточно, однако работы В.А. Поддубной-Арнольди (1976) показали, что к моменту опыления семяпочки представляют собой недифференцированные бугорки. Пластиды в генеративных органах несколько редуцированы, но продолжают оставаться основными фотосинтезирующими элементами и источниками синтеза ферментов и витаминов. Установлено, что по мере развития семяпочек, макроспор и зародышевого мешка количество митохондрий и пластид в их клетках увеличивается.

Следует отметить, что исследования В.А. Поддубной-Арнольди эмбриологии орхидных являются актуальными и сегодня.

Необходимо отметить, что исследования, которые провела В.А. Поддубная-Арнольди, имели исключительное значение для развития и становления метода семенного размножения орхидных в асептической культуре и изучения их эмбриологии. К сожалению, в последующие годы эти работы были приостановлены и только несколько позже нашли свое продолжение в исследованиях других ученых.

Как уже упоминалось, одним из важных событий в период с 1960 по 1970 г. стала разработка Е. Coking (1960) метода получения изолированных протопластов из тканей корня и плодов томатов (Lycopersicon Mill.). Были отработаны методики культивирования, при которых они регенерировали новую клеточную стенку, вступали в процессы деления и давали начало клеткам, способным к морфогенезу (Takebe et al., 1971). Протопласты использовались для соматической гибридизации и экспериментов по внедрению в них вирусных РНК, различных клеточных органелл, клеток прокариотов (Глеба, 1975; Бутенко, 1979).

Известно небольшое количество работ об изолированных протопластах орхидных. Первые работы связаны с именами К. Тео и К. Newman. Они провели исследования и разработали методики выделения, изоляции и гибридизации протопластов Renantanda ’Rosalina Cheok‘ из листьев сеянцев и растений-регенерантов (Тео, Newman, 1978а, b; Watts, King, 1984).

С использованием изолированных протопластов и генетических векторов на основе Ti-плазмид и баллистического введения генов в клетки и ткани реципиентов стало возможным получение трансгенных растений (Бутенко, 1999). Возможность манипуляции с геномом растения интересна с точки зрения исследования клеточной биологии растительной клетки. Вместе с тем уже сейчас многие исследователи, фирмы-производители, селекционеры хотели бы улучшить свойства растений с помощью переноса генов.

На сегодняшний день получены трансгенные растения кукурузы, сои, пшеницы, картофеля, томатов и других сельскохозяйственных культур (Бутенко, 1999). В ряде случаев они имеют существенные преимущества перед традиционными сортами, однако не стоит забывать и об исследованиях, посвященных изучению последствий внесения чужеродных генов в растительный организм.

В монографии Л.A. Луговой (2003) описан чрезвычайно интересный метод практического использования соматических зародышей, открывающий в будущем широкие перспективы в растениеводстве. Виды, способные к соматическому эмбриогенезу in vitro, могут переноситься в поле в стадии молодых эмбрионов, если последние защищены методом флуид-дрилинга (так называемые “искусственные семена”). Метод флуид-дрилинга включает: индукцию соматического эмбриогенеза в оптимально контролируемых условиях; покрытие эмбриоидов защитным слоем геля (суспендирование семян в геле); высев защищенных гелем “семян” флуид-дрилинг-сеялками. Этот метод способствует быстрому и равномерному развитию всех растений, что в конечном счете приводит к более ранней уборке урожая. Метод флуид-дрилинга дал положительные результаты у многих сельскохозяйственных культур.

Несколько фирм США – “Agrigeneticsincorporation”, “Plantgeneticsincorporation”, “DNAplanttechnologyincorporation” – сделали достаточно крупные инвестиции в разработку и использование соматического эмбриогенеза в практике сельского хозяйства. Ожидается, что эта технология будет успешно отработана для люцерны (Medicago L.), моркови (Daucus L.), сельдерея (Apium L.), салата (Latuca L.), тмина (Carum L.) и т. д. Отобраны генотипы Medicagosativa, М. uariaи М. falcataс высоким эмбриогенным потенциалом в культуре in vitro.

Последние 20-30 лет идет интенсивное накопление информации об особенностях культивирования различных видов мировой флоры в асептических условиях. Сегодня можно говорить о 2-3 тыс. видов и форм цветковых растений, для которых отработана данная технология культивирования. Виды, имеющие сушественные особенности в своей экологии, ощутимо отличаются и при культивировании in vitro.

Читайте начало статьи: История биотехнологии растений. Часть 1

Источник: Биотехнология тропических и субтропических растений in vitro

 

Метки: , , ,