Вы здесь

Кукуруза и культура in vitro: достижения и перспективы

Средняя: 5 (1 оценка)
кукуруза in vitro

Кукуруза – одна из ведущих злаковых культур, важна как пищевой, технический и кормовой продукт для человечества вообще. Однако, надо заметить, что генетическая вариабельность для коммерческого производства кукурузы, выращиваемой в зоне умеренного климата, ограничена. Абсолютное большинство генетического разнообразия кукурузы базируется на тропическом фотопериодочуствительном материале из Южной и Центральной Америки. С таким материалом сложно работать в зонах умеренного климата, к которым относится большая часть территории Украины. Следует отметить, что производство гибридной кукурузы базируется на гибридных семенах, которые имеют происхождение из ограниченного числа инбредных линий. Недостаточное генетическое разнообразие открывает путь к росту заболеваемости и ограничивает улучшения кукурузы умеренного климата. Актуальной научной проблемой является исследование возможностей создания нового исходного материала для генетико-селекционных нужд и коммерческого производства кукурузы биотехнологическим путем. Традиционными источниками наследственной изменчивости, которые используются в генетической селекционной практике кукурузы, является гибридизация с последующим отбором и мутагенез (спонтанный и индуцированный). Вместе с тем, в последнее время все большее значение стали иметь растения разных видов, созданные с помощью биотехнологических методов, базирующихся на использовании культуры in vitro  растительных тканей: сомаклональной изменчивости, генетической инженерии, андрогенеза, клеточной селекции. То есть, активно ведется поиск новых нетрадиционных путей воздействия на геном растений с целью создания более продуктивных и устойчивых к неблагоприятным условиям генотипов растений.

Природа тотипотентности многих растительных соматических клеток и их способность выживать в культуре in vitro стимулирует интерес исследователей в получении растений в пробирке in vitro (Kranz, 2008; Dumac, 2008). Первые исследования базировались на поиске компонентов питательной среды, которые бы обеспечивали нормальный рост и развитие растительных клеток. Впоследствии акцент исследования сместился на изучение процессов, происходящих при развитии клеток. Было открыто культура каллуса – масса недифференцированных клеток, из которых происходит органогенез и эмбриогенез. Установлено, что влиять на дифференциацию клеток можно изменяя гормональный баланс. Сегодня растения получают из разных эксплантатов: незрелые зародыши, различные типы каллуса подлежащие эмбриогенезу.

Межродовые и межвидовые гибриды злаков и генетическая трансформация спермия в яйцеклетку имеют большой потенциал для совершенствования зерновых, расширения генетической базы с необходимым набором свойств. Культура in vitro, использующая гаметофитные ткани позволяет использовать широкую естественную базу генетического материала, которая в условиях in vivo имеет ряд пред-и пост-барьеров оплодотворения. Также, открываются возможности микроинъекций генетически трансформированных спермиев непосредственно в яйцеклетку, находящуюся в зародышевом мешке. Эти методы требуют успешного оплодотворения в искусственных условиях и доведения полученных зигот до зрелых фертильных растений.

В цветочных растениях зародышевый мешок представляет собой женскую гаметофитную генерацию. Этот гаметофит глубоко погружен в ткани семязачатка, что затрудняет манипуляции с ним (Leduc, 1995, Лаурие, 1999; He, 2004; Punwani, 2008; Higashiyama, 2008; Marton, 2008). К моменту оплодотворения, зародышевый мешок наиболее распространенного Polygonum-типа, вмещает яйцеклетку, две синергиды, центральную клетку с двумя полярными ядрами и три антиподы. После оплодотворения яйцеклетка дает начало зародышу, а центральная клетка – эндосперму. Клетки, которые входят в зародышевый мешок до и после оплодотворения, являются эмбрионально молодыми и обладают высокой степенью тотипотентности [Dumas, 2008]. Культура изолированных яйцеклеток, зигот, молодых зародышей, эндосперма и целых зародышевых мешков на разных стадиях развития составляет новое, перспективное, но мало разработанное направление биотехнологических исследований в области клеточной и генетической инженерии кукурузы.

В условиях in vivo все этапы развития зародыша от оплодотворения до проростка осуществляются как строго последовательная смена клеток и тканей, необходимой морфогенетической компетенции, и поэтому они вполне предсказуемы [Журавлев, 2008]. Многие особенности механизма регуляции морфогенеза у растений еще не вполне понятны, но на практике ими давно уже пользуются для получения заданного результата, т.е. для размножения растений традиционным путем. Несколько иная картина наблюдается в системах in vitro. Как правило, морфогенетическая компетентность клеток, которые служат стартовыми для преобразований in vitro, не вполне соответствует требуемому направлению развития. Поэтому даже если индукция морфогенеза состоялась, дальнейшее направление развития отдельной индуцированной клетки трудно предсказать. Существует несколько моментов, которые необходимо учитывать при моделировании системы in vitro [Тюкавин, 2007]. Считается, что решающую роль играет степень дифференциации клетки, которая непосредственно влияет на данное направление развития. Но так как это не связано с изменениями базовой структуры ДНК, поэтому могут быть проведены необходимые модификации. Благодаря этому удается индуцировать морфогенез в некомпетентных клетках. Другим важным условием, что приводит к непредсказуемости, является низкий уровень специфичности сигнала, который индуцирует начало морфогенетических преобразований. Такими сигналами-индукторами у растений могут быть разные биотические и абиотические факторы. Известны и другие примеры, которые можно толковать как проявление позиционной информации. Существуют свидетельства о повышении пролиферации путем ослабленного влияния окружающих клеток. То есть, речь идет о повышении или снижении дифференциации зародыша, в зависимости от того, с каким количеством клеток его было пересажено на искусственную питательную среду.

Автор статьи и фото в статье (кроме второго): Ляпустина Е.В.

Автор второго фото в статье: Сатарова Т.Н.

Добавить комментарий