Бақылау сұрақтары 1 Қоректік ортада өсірілген жасушалар биологиясы.
2. Дедиффереңциялану және каллустың түзілуі
3.Жасанды ортада өсірілген жасушалардың әр түрлілігі.
4.Жасушалардың жасанды ортада өсуі.
6
Тақырыбы: Жасушалардың іn vіtro жағдайында өсуі және морфогенездің жолдары. Органогенез.
Дәріс тезистері: 1 Жасушалардың іп vitro жағдайында дифференциялануы морфогенезі
2 Жасушалардың регенерациялану ерекшеліктері.
3 Жасанды ортада регенерант өсімдігі пайда болу құбылысы
Өзіне тән бір қалыпты өсуімен және көбеюімен сипатталынатын ретсіз өсетін каллус жасушалары қайта дифференциялану процестері арқасында, ұлпалар (гистогенез), мүшелер (органогенез) және ұрық тәріздес құрылымдар-эмбриондар (эмбриогенез, немесе сомалық эмбриогенез) түзе алады.
Бастапқы кезде каллус өсіп, массасы қандай да бір ауыспалы кезеңге жеткеннен кейін морфогенезге ауысады. Бірақ, тек бірлі жарым санаулы жасушалар ғана, өзінің даму бағдарламасын өзгертеді. Бұл, мына жағдайды көрсетеді, ретсіз өсетін каллус жасушалары морфогенезге өту үшін , сыртқы және ішкі факторлардың біріккен әрі үйлескен әрекеті қажет. Сөйтіп, бірен-саран комлементті жасушалар сыртқы факторлардың әсерін (түрлі индукторлар) қабылдап, белгілі бір даму жолына түсуге дайын болып тұрады, яғни детерминацияға өтеді. Ал содан кейін олар өзінің тұқым қуалау бағдарламасын жаңа бағытпен жүзеге асыра бастайды, ақырында каллус жасушалары редифференцияланады. Редифференциялану деген дифференцияланған жасушалардың бір маманданған жағдайынан басқа жағдайға ауысуы. Ол өте күрделі процесс, сыртқы және ішкі факторлардың катысуымен реттеледі.
Ретсіз өсетін каллус ұлпасынан ұйымдасқан құрылымдарға, атап айтқанда өскінге, тамырға, эмбриондарға бастама болатын меристемалық аймақтардың пайда болуына әсер ететін факторлардың мәні туралы анық түсінік әлі жоқ.
Мүмкін, жасушалардың дифференциялануын қозғайтын және олардың гистогенезге өтуін, одан кейін мүшелер түзетін құрылымдардың түзілуінің негізгі себептерінің бірі, фотогормондардың әсері деуге болады. Дегенмен морфогенездің қандай да бір типін анықтайтын негізгі факторлардың бірі ол қоректік ортадағы ауксиндер мен цитокининдердің ара қатынасы. Бұл заңдылықты алғаш рет Скуг пен Миллер 1957 жылы ашқан, одан кейінгі жылдары көптеген тәжірибелер арқылы дәлелдетілген.
Ауксин мен цитокининнің ара қатынасы орташа болғанда темекі өсімдігінің каллус ұлпасында морфогенез процессі байқалмайды, бірақ жасушалардың бөліну арқылы көбеюі (пролиферациясы) жүреді. Ортада ауксиннің цитокининге ара қатынасы жоғары болса, тамыр түзілуін (ризогенезді) қоздырады, ал ортада ауксиннің цитокининге ара қатысы төмен болған жағдайда бүршіктердің пайда болуын (геммогенез) ынталандырады. Сонымен бір каллустың өзінде әр түрлі морфогендік құрылымдар түзіле алады. Бұл жағдайлар кактустық ұлпаларда фитогормондардың кондентрациялық градиенті (концентрацияның үздіксіз өзгеруі) түзілетіндігінің дәлелі бола алады. Былайша айтқанда, каллустың әр түрлі бөліктеріндегі фитогормондар мөлшері әр шамада болғандықтан, ол морфогенездің қандай да бір типінің басталуына себеп болады.
Сөйтіп пайда болатын меристема типі ортадағы ауксин мен цитокининнің ара қатынасына байланысты екені белгілі, бірақ морфогенездің түрлі этаптарында қайсысының қатынасатындығы туралы анық дерек жок, Алайда, бірқатар өсімдіктер каллустарынан ортадағы фитогормондар балансын қанша өзгерткенмен бүршік немесе тамыр өсіріп алу мүмкін емес. Бүршіктің немесе тамырдың дифференциалануы гормондар әрекеттесуден реттеледі десек те, оған басқа да факторлар, мысалы: қоректік ортадағы қанттар мен фосфаттардың мөлшері, азоттың көзі, пуриндер т.б. ортаның құрамына кіретін компонеттер әсер етуі мүмкін.
Өткізгіш жүйенің элементтері пайда болуына тек қана гормондар әсер етіп қоймайды, сонымен бірге қанттар да ықпал етеді. Каллус ұлпаларына ауксин - қант ерітінділерін инъекция жасағанда өткізгіш элементтері түзілген. Ол ауксин концентрациясына да және қант концентрациясына да тәуелді болады. Сахарозаның төмен концентрациясын (2 %) енгізгенде көбінесе ксилема элементтері, ал жоғары концентрациясында (8 %)-флоэма элементтері пайда болады. Сахарозаның орнына глюкозаны колданғанда гистогенез жүрмеген. Скуг және Миллер ашқан факт, ол темекінің каллус ұлпаларынан жасанды ортада бүршіктер мен тамырдың өсуін экзогендік фитогормондар балансы арқылы реттелетіні, морфогенезді іп vitro жағдайында зерттеуде маңызды роль атқарды. Дегенмен, бұл құбылыстың, жасушалық және молекулалық деңгейдегі механизмі әзірше анық емес.
Фитогормондардың морфогенезге әсерінің механизмдері туралы нақтылы білім жок, сондықтан жаңа өсімдіктерді жасанды түрде қолдан өсіргенде қайтадан гормондардың үйлесімді арақатынасын және құрамын іріктеп алу керек. Астық тұқымдастар және кейбір бұршақ тұқымдас өсімдіктердің жасушалары мен протопластарын іп vitro жағдайында өсіргенде, оларда морфогенез процессінің басталуына әсер ететін, оңай әрі регенеранттарды алу үшін гормондардың қажетті концентрациялары белгісіз. Осындай фактілер және де көптеген әдебиет деректеріне карағанда, жасушаның дифференциалануын және морфогенезді реттеуде фитогормондардың ерекшелігі жоқ деген түсінік туындайды да, морфогенездің гормондық теориясына сенімсіздік пайда болады. Т. Мурасигенің көрсетуі бойынша Скуг пен Миллердің концепциясы органогенез процессі жөніндегі түсінікті жеңілдетеді. Даму бірнеше этаптардан тұратын, өте күрделі процесс, этаптардың әрқайсысында гормондарға, жарыққа, температураға қойылатын талаптар да өзгеріп отырады. Мурасигеннің пікірі бойынша, өсімдіктердің жасанды ортада өсуіне әсер ететін басқа да заттарды ескеру қажет, ол заттарды ортаға жасушалар мен ұлпалардың өздері бөледі, олар улы болғандықтан, морфогенезді тежеуі мүмкін. Сөйтіп, іп жағдайында өсетін жасушалардың дифференциалануы мен морфогенезінің барлық реттелу бағыттарын, жалғыз гормондық концепциямен түсіндіру мүмкін емес. Коректік ортадағы өскен ұлпалар мен жасушалардың морфогенезге өту қабілеті негізгі өсімдіктің генотипіне, оның физиологиялық күйіне, эксплант алынған мүшеге, жыл мерзіміне тағы басқа химиялық және физикалық факторларға тәуелді.
Р. Г. Бутенко өз лабораториясының осы бағыттағы жұмыстарының нәтижелерін және әдебиеттердегі бар деректерлі тұжырымдай келіп, каллустардағы меристемалық аймақтардың пайда болуын төмендегідей баяндайды. Индуктордан келетін снгналды қабылдап алуға қабілеті бар жасушалар көп емес, олардың ерекше бір даму жолына түсуге дайындылығы ертеден белгіленеді. Бұл жасушалар детерминация кезеңінде бөлінуін токтатады, қалыңдау жасуша қабығын түзіп, өзін қоршап тұрған каллустық жасушалардан оңашаланады. Бұл кезеңде жасушалар кейінгі өзінің тез бөлінуіне кажет субстрат және энергия жинақтайды. Паренхима тәрізді каллус жасушалары массасынан пайда болған бастама жасушалар, өзін қоршап тұрған жасушаларға қарағанда морфология жағынан өзгеше болады. Олардың ядросы үлкейеді және сол сияқты ядролық - плазмалық арақатысы да, рибосоманың, митохондрияның саны көбейеді, пластидтерінде крахмал жинақталады, Сөйтіп, өсімдіктердің бастапқы маманданған жасушалары каллусқа айналған кездегідей /дедифференцияланғанда/, каллустың жасушасы меристемалық жасушаға айналғанда толығымен өзінің ішкі құрылымын қайта құрайды. Біраз уақыт өткеннен кейін, бұл жасушалар бөлшектену типімен тез бөліне бастайды да, меристема типті ұсақ жасушалардың сфералық массасын түзеді. Одан әрі қарай бұл жасушалар массасы өскін немесе тамыр бастамалары түзілетін меристемалық аймаққа айналады немесе биполярлық глобулярлы проэмбрио / ұрық бастамасы / түзіледі де, одан эмбриоинды - ұрық тәрізді құрылым өсіп жетіледі. Дегенмен әрі қарай дамудың өзгешелігін полярлық / қарама-карсылық / 'белгілейді. Жасанды ортада өскен каллустар жасушалардың бөлінуі ретсіз, әрі әр түрлі бағыттарда жүреді де, ұлпалардың бытыраңқы массасы пайда болады, яғни каллустарда белгілі полярлық өсі жоқ. Ал, өскін-тамыр меристемаларының, жасушаларының бөлінуі қатаң түрде бір ретпен жүретіндігімен
іп vitro жағдайында өсіретін жасушалар өсімдіктер биотехнологиясында екі бағытта қолданылады: біріншісі- жасушалар массасы, яғни каллус; екіншісі- регенерант өсімдіктері. Сөйтіп, өсімдік жасушаларын жасанды қоректік ортада өсіргенде регенерация процессі негізгі іргелі процесс, себебі онсыз өсімдіктер биотехнологиясындағы көптеген салалары жүзеге аса алмайды.
Жасанды ортада регенерант өсімдігі пайда болу құбылысы дәлелденгендей, маманданған өсімдік жасушалары барлық генетикалық қасиеттерін сақтап қалады, яғни тотипотентті болады. Тәжірибе жүргізуде талай өсімдіктер түрінің жеке жасушаларының тотипотенттілігі анық көрсетілгенімен, зерттеушілерідің бәрі бірдей, тотипотенттілік қасиет өсімдіктің кез келген жасушаларына тән деп есептемейді. Оған мысал ретінде тотипотенттік қасиетін көрсетуі қиын объектілер мағынасында, көптеген өсімдіктердің жасыл жапырақ табақшасы жасушаларын, астыктұқымдастарда-оқшауланған протопласттарды келтіруге болады. Бұдан басқа қоректік ортада ұзақ уақыт өсірілген штаммдар да морфогенезге деген қабілетін жояды, астыктұқымдастар ұлпалары жасанды ортада өсіру кезеңінде сол қабілетін өте тез жоғалтады. Қоректік ортада ұзақ уақыт өсіру кезінде, ядролық және цитоплазмалық гендері қайта құрылған жасушалар популяциясы қалыптасып ,ал олар жасушалардың қайта дифференциялануына және морфогенезге өтуіне тиым салып, жол бермеуі мүмкін. Тәжірибе жүзіндегі морфогенездің, өз алдына қоятын мақсаты, ол дифференциялану және регенерация процестерін іп vitro жағдайында басқару мәселелері.
