Embriogeneza somatyczna

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Zarodek Panicum virgatum z hodowli in vitro na etapie kalusa embriogennego

Embriogeneza somatyczna – biologiczny proces formowania zarodków z komórek wegetatywnych roślin. Proces jest przeprowadzany w warunkach in vitro i jako metoda biotechnologiczna znajduje zastosowanie komercyjne. Ze względu na łatwość prowadzenia obserwacji proces embriogenezy somatycznej jest też wykorzystywany w badaniach nad embriogenezą roślin.

Cytokininy – grupa regulatorów wzrostu i rozwoju roślin wśród których znajdują się hormony roślinne oraz substancje o działaniu podobnym do hormonów roślinnych jednak nie występujące naturalnie w roślinach. Pierwszy związek zaliczany do cytokinin, kinetyna, został wyizolowany przez Folke Skooga w latach 50. XX wieku. Znanymi cytokininami są:Embriogeneza roślin – proces formowania się z pojedynczej komórki organizmu, zawierającego różne typy komórek i tkanek będące podstawowymi elementami przyszłej rośliny. W zależności od rodzaju komórki z której rozwija się zarodek wyróżniana jest embriogeneza zygotyczna, apomiktyczna, somatyczna i androgeniczna. Efektem embriogenezy jest ukształtowanie się ciała rośliny umożliwiające wzrost w osi apikalno-bazalnej oraz promienisty (radialny). W procesie embriogenezy dochodzi do wykształcenia merystemu wierzchołkowego pędu, liścieni, hipokotylu i korzenia z merystemem wierzchołkowym. Wykształcone zostają także tkanki pierwotne czyli epiderma, miękisz zasadniczy, walec osiowy (wiązki przewodzące).

Przebieg[ | edytuj kod]

Formowanie zarodków somatycznych przebiega w sposób zbliżony do embriogenezy zygotycznej. Większość komórek roślinnych w odpowiednich warunkach ulega odróżnicowaniu i może przekształcić się w komórkę embriogenną. Pierwszy etap polega na indukcji embriogeniczności. Na tym etapie komórki tkanek, takich jak tkanka miękiszowa lub tkanka przewodząca, ulegają odróżnicowaniu, czyli przeobrażeniu do komórek o charakterze merystemu. Zwykle komórki używane w procesie embriogenezy somatycznej pochodzą z młodych liści, hipokotyli lub liścieni siewek, a także nierozwiniętych pąków kwiatowych. Rzadziej używane są fragmenty korzeni przybyszowych, liści roślin iglastych oraz wycinki pędów. Odróżnicowanie przeprowadza się w pożywkach płynnych, a proces zachodzi pod wpływem auksyny. Stosowane są auksyny syntetyczne takie jak 2,4-D, Picloram lub NAA i IAA. Ten sam efekt może być osiągnięty bez stosowania auksyn na pożywce o pH 4,0 z dodatkiem chlorku amonu (1-5 mM). Proces odróżnicowania można dodatkowo stymulować poprzez dodanie kwasu salicylowego, antybiotyków lub zwiększenie potencjału osmotycznego pożywki. Uzyskane komórki wykazują totipotencję, są polarne i zdolne do wykształcenia zarodków. W kolejnym etapie z dzielących się komórek powstają agregaty komórkowe zdolne do rozmnażania. Agregaty embriogenne składające się z zarodka na wczesnym etapie rozwoju i towarzyszącej mu tkanki macierzystej nazywa się kalusem embriogennym. Dodanie do pożywki cytokinin powoduje zwiększenie liczby podziałów komórkowych oraz uformowanie się zarodka globularnego. Do powstania zarodka globularnego oraz przejścia formy sercowatej i torpedy konieczne jest usunięcie z pożywki auksyn. Zarazem dodanie cytokinin hamuje potencjał embriogeniczności komórek. Powstające zarodki nie różnią się morfologicznie od zarodków zygotycznych, co zostało potwierdzone u wielu roślin, w tym lucerny, selera, rzepaku, świerku. Jedynie u ogórka w wyniku embriogenezy somatycznej powstają zarodki o zwiększonej liczbie liścieni lub bez plumuli. Z powstających zarodków mogą być wytwarzane sztuczne nasiona lub mogą zostać wykorzystane do bezpośredniego uzyskiwania roślin identycznych genetycznie z rośliną, z której pochodziły komórki. Niekiedy uzyskiwane zarodki wykazują się wieloliścieniowością, brakiem epikotylu lub brakiem korzonka zarodkowego. Poprawianie procedury regeneracji prowadzone przez naukowców ma doprowadzić do wyeliminowania występujących problemów.

PMID (ang. PubMed Identifier, PubMed Unique Identifier) – unikatowy identyfikator przypisany do każdego artykułu naukowego bazy PubMed.Auksyny – grupa substancji chemicznych zaliczanych do hormonów roślinnych. Stymulują wzrost roślin oraz wpływają na kształtowanie się owoców partenokarpicznych) i odgrywają istotną rolę w procesach adaptacji takich jak fototropizm i geotropizm. Auksyny wykazują cechy zarówno hormonów w znaczeniu zbliżonym do pojęcia używanego na określenie substancji regulacyjnych ssaków oraz cechy morfogenów, czyli substancji regulujących proces morfogenezy roślin. Pierwszą odkrytą auksyną jest kwas indolilooctowy (IAA). Jest on syntezowany w merystemie wierzchołkowym pędu, młodych liściach, zarodku oraz w małych ilościach w korzeniu. Transport IAA przez parenchymę ma unikatowy charakter. Jest on wolny (5-20 mm/h) i kierunkowy (polarny), jednak nie jest zależny od grawitacji. Ponadto IAA przemieszcza się szybko i bezkierunkowo poprzez floem (5-20 cm/h).

Zastosowanie[ | edytuj kod]

Ze względu na znaczne koszty pracy oraz urządzeń embriogeneza somatyczna znalazła zastosowanie jedynie w rozmnażaniu roślin ozdobnych. Dla warzyw koszty są od 3 do 10 razy wyższe, niż w przypadku metod tradycyjnych. W Stanach Zjednoczonych proces embriogenezy somatycznej został także komercyjnie zastosowany do produkcji drzew leśnych. Dalsze badania mają na celu zmniejszenie kosztów przeprowadzanego procesu i umożliwienie jego dalszej komercjalizacji. Technika jest też wykorzystywana do uzyskiwania roślin modyfikowanych genetycznie z transformowanych komórek wegetatywnych.

Selery (Apium L.) – rodzaj roślin dwuletnich i bylin należący do rodziny selerowatych. Według niektórych ujęć taksonomicznych należy do niego ponad 20 gatunków roślin występujących w Europie oraz w Azji i Ameryce Północnej na obszarach o umiarkowanym i chłodniejszym klimacie. Rodzaj ten znany jest jednak głównie dzięki jednemu uprawianemu gatunkowi – selerom zwyczajnym, które są również gatunkiem typowym dla tego rodzaju.Sztuczne nasiona – zarodki roślin uzyskane metodami biotechnologicznymi w hodowli in vitro, służące do rozmnażania elitarnych odmian roślin. Zarodki uzyskiwane są w wyniku przeprowadzenia embriogenezy somatycznej. Po wykształceniu mogą być suszone lub utrwalane w innej formie, co umożliwia ich przechowanie podobnie jak nasion naturalnych. Technologia uzyskiwania sztucznych nasion rozwijana jest od lat 60. XX wieku, jednak jej zastosowanie komercyjne jest ograniczone. Nasiona uzyskiwane w wyniku embriogenezy somatycznej zapewniają pełną kontrolę nad genotypem uzyskiwanych roślin, co nie jest możliwe przy rozmnażaniu płciowym. Rozwój technologii sztucznych nasion jest atrakcyjną perspektywą w rolnictwie oraz sadownictwie i leśnictwie.

Przypisy[ | edytuj kod]

  1. Francisco R. Quiroz-Figueroa, Rafael Rojas-Herrera, Rosa M. Galaz-Avalos, Víctor M. Loyola-Vargas. Embryo production through somatic embryogenesis can be used to study cell differentiation in plants. „Plant Cell, Tissue and Organ Culture”. 86 (3), s. 285–301, 2006. DOI: 10.1007/s11240-006-9139-6. ISSN 0167-6857 (ang.). 
  2. O. Karami, B. Aghavaisi, A. Mahmoudi Pour. Molecular aspects of somatic-to-embryogenic transition in plants.. „J Chem Biol”. 2 (4), s. 177-90, Nov 2009. DOI: 10.1007/s12154-009-0028-4. PMID: 19763658. 
  3. MD. Gaj. Somatic embryogenesis and plant regeneration in the culture of Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. immature zygotic embryos.. „Methods Mol Biol”. 710, s. 257-65, 2011. DOI: 10.1007/978-1-61737-988-8_18. PMID: 21207274. 
  4. V. Garrocho-Villegas, MT. de Jesús-Olivera, ES. Quintanar. Maize somatic embryogenesis: recent features to improve plant regeneration.. „Methods Mol Biol”. 877, s. 173-82, 2012. DOI: 10.1007/978-1-61779-818-4_14. PMID: 22610628. 
  5. Embriogeneza somatyczna. W: Anna Bach: Biotechnologia roślin. Malepszy Stefan (red.). Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2005, s. 268-272. ISBN 83-01-14195-6.
  6. Tretyn Andrzej: Mechanizmy wzrostu i rozwoju. W: Fizjologia roślin (red. Kopcewicz Jan, Lewak Stanisław). Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2002, s. 462-484. ISBN 83-01-13753-3.
  7. GS. Pullman, K. Bucalo. Pine somatic embryogenesis using zygotic embryos as explants.. „Methods Mol Biol”. 710, s. 267-91, 2011. DOI: 10.1007/978-1-61737-988-8_19. PMID: 21207275. 
  8. KM. Pathi, S. Tula, N. Tuteja. High frequency regeneration via direct somatic embryogenesis and efficient Agrobacterium- mediated genetic transformation of tobacco.. „Plant Signal Behav”. 8 (6), s. e24354, Jun 2013. DOI: 10.4161/psb.24354. PMID: 23518589. 
Antybiotyki (z greki anti – przeciw, bios – życie) – naturalne wtórne produkty metabolizmu drobnoustrojów, które działając wybiórczo w niskich stężeniach wpływają na struktury komórkowe lub procesy metaboliczne innych drobnoustrojów hamując ich wzrost i podziały. Antybiotyki są przedmiotem badań auksanografii, stosuje się je jako leki w leczeniu wszelkiego rodzaju zakażeń bakteryjnych. Bywają także używane profilaktycznie w zapobieganiu zakażeniom bakteryjnym w przypadku osłabienia odporności, np. neutropenii, a także w profilaktyce bakteryjnego zapalenia wsierdzia.Tkanka przewodząca, tkanka łykodrzewna – ogólna nazwa tkanek roślinnych, których funkcją jest transportowanie substancji. Tkanki przewodzące tworzą układ przewodzący. Układ ten składa się z drewna transportującego wodę wraz z rozpuszczonymi solami mineralnymi oraz łyka transportującego związki organiczne. W skład tkanek przewodzących wchodzą cewki, naczynia oraz rurki sitowe. Komórkom tym towarzysza inne pełniące funkcje pomocnicze. Razem te zespoły komórek tworzą wiązki przewodzące, biegnące wzdłuż korzeni, łodyg i liści. Z korzeni transportowana jest woda z rozpuszczonymi w niej solami mineralnymi. Z liści asymilacyjnych przenoszone są substancje organiczne.




Warto wiedzieć że... beta

Komórka roślinna – podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna budująca organizm rośliny, mająca zdolność wymiany materii z otoczeniem i jej przetwarzania. Pod względem kształtu komórki roślinne można podzielić na:
Rośliny transgeniczne – rośliny, których DNA zostało zmodyfikowane metodami inżynierii genetycznej w celu uzyskania pożądanego efektu fenotypowego. Najczęściej stosowanymi modyfikacjami są:
Miękisz, tkanka miękiszowa, parenchyma (gr. parénchyma – miąższ) – jednorodna tkanka roślinna, która wypełnia znaczną część organizmów roślin. Zbudowana z żywych, zwykle dużych (0,05 – 0,5 mm) i cienkościennych komórek, o ścianach celulozowych, rzadko drewniejących, z dużą wakuolą otoczoną cytoplazmą. Protoplast jest mało wyspecjalizowany. Charakterystyczną cechą miękiszu jest występowanie przestworów międzykomórkowych. Komórki miękiszu zachowują zdolność do podziałów i odróżnicowania, dzięki czemu odgrywają istotną rolę w zjawiskach regeneracyjnych.
Świerk (Picea A. Dietr.) – rodzaj wiecznie zielonych drzew z rodziny sosnowatych (Pinaceae), który obejmuje około 35 gatunków. Występuje na obszarach chłodnych i umiarkowanych półkuli północnej. Gatunkiem typowym jest Picea rubra A. Dietrich.
Kalus, kallus, merystem przyranny – tkanka roślinna powstająca w miejscu zranienia rośliny najczęściej z okolicznych komórek tkanki miękiszowej. Jest to amorficzna masa komórek mająca zwykle postać białego nalotu. Komórki tworzone przez te merystemy powodują stopniowe zabliźnianie się i zarastanie ran. Komórki kallusa są zwykle większe od komórek tkanki macierzystej.
Rzepak (Brassica napus L. subsp. napus) – odmiana kapusty rzepak. Występuje tylko w uprawie. Dość często dziczeje z upraw, ale jest tylko efemerofitem. Status we florze Polski: efemerofit, kenofit. Prawdopodobnie jest mieszańcem kapusty warzywnej (Brassica oleifera) i kapusty właściwej (Brassica rapa).
Lucerna (Medicago L.) – rodzaj roślin jednorocznych, dwuletnich lub bylin z rodziny bobowatych. Rodzaj liczy około 100 gatunków występujących na stepach Azji, Europy i Afryki. Gatunkiem typowym jest Medicago sativa L..

Reklama