Каллус (клеточная биология) - Callus (cell biology)
Каллус растений (множественные каллусы или каллусы ) представляет собой растущую массу неорганизованных клеток паренхимы растений . У живых растений каллусные клетки - это те клетки, которые покрывают рану растения. В биологических исследованиях и биотехнологии образование каллуса индуцируют в образцах растительной ткани (эксплантах) после стерилизации поверхности и посева на среду для культивирования тканей in vitro (в закрытом культуральном сосуде, таком как чашка Петри ). В культуральную среду добавлены регуляторы роста растений , такие как ауксин , цитокинин и гиббереллин , чтобы инициировать образование каллуса или соматический эмбриогенез . Зарождение каллуса описано для всех основных групп наземных растений.
Индукция каллуса и культура ткани
Было показано, что виды растений, представляющие все основные группы наземных растений, способны продуцировать каллус в культуре тканей. Культуру каллусных клеток обычно поддерживают на гелевой среде. Среда для индукции каллуса состоит из агара и смеси макроэлементов и микроэлементов для данного типа клеток. Существует несколько типов базальных солевых смесей, используемых в культуре тканей растений, но в первую очередь это модифицированная среда Мурашиге и Скуга, среда Уайта и среда для древесных растений. Также предусмотрены витамины для ускорения роста, такие как витамины Gamborg B5 . Для растительных клеток особенно важно обогащение азотом , фосфором и калием . Каллус растений обычно происходит из соматических тканей. Ткани, используемые для инициирования образования каллуса, зависят от видов растений и от того, какие ткани доступны для культивирования эксплантатов . Клетки, дающие начало каллусам и соматическим зародышам, обычно быстро делятся или частично недифференцированы, например, в меристематической ткани. Однако у люцерны Medicago truncatula каллус и соматические зародыши происходят из клеток мезофилла, которые подвергаются дедифференцировке . Гормоны растений используются для инициирования роста каллуса.
Морфология
Определенные соотношения ауксина и цитокинина в среде для культивирования тканей растений приводят к неорганизованному росту и делению массы каллусных клеток. Каллусные культуры часто классифицируют как компактные или рыхлые. Рыхлые каллусы легко распадаются, и их можно использовать для создания культур клеточной суспензии. Каллус может непосредственно подвергаться прямому органогенезу и / или эмбриогенезу, при котором клетки образуют совершенно новое растение. Этот процесс известен как каллусная культура.
Смерть каллусных клеток
Каллюс может потемнеть и погибнуть во время культивирования, в основном из-за окисления фенольных соединений . В каллусных клетках Jatropha curcas небольшие организованные каллусные клетки дезорганизовывались и меняли размер после того, как произошло потемнение. Браунинг также был связан с окислением и фенольными соединениями как в тканях эксплантата, так и в его секрете. У риса, по-видимому, состояние, благоприятное для индукции костной мозоли, также вызывает некроз.
Использует
Клетки каллуса не обязательно генетически однородны, потому что каллус часто состоит из структурной ткани, а не из отдельных клеток. Тем не менее, каллусные клетки часто считаются достаточно похожими, чтобы можно было провести стандартный научный анализ, как если бы на одном предмете. Например, в эксперименте половина каллуса может быть обработана как в экспериментальной группе , а другая половина подвергается такому же, но неактивному лечению, как и в контрольной группе .
Каллусы растений, полученные из многих различных типов клеток, могут дифференцироваться в целое растение - процесс, называемый регенерацией, путем добавления растительных гормонов в культуральную среду. Эта способность известна как тотипотентность . Регенерация целого растения из одной клетки позволяет исследователям- трансгеникам получать целые растения, которые имеют копию трансгена в каждой клетке. Регенерация целого растения, которое имеет некоторые генетически трансформированные клетки и некоторые нетрансформированные клетки, дает химеру . В общем, химеры бесполезны для генетических исследований или сельскохозяйственных приложений.
Гены могут быть вставлены в клетки каллуса с помощью биолистической бомбардировки , также известной как генная пушка или Agrobacterium tumefaciens . Клетки, которые получают интересующий ген, затем могут быть преобразованы в целые растения с использованием комбинации растительных гормонов . Полученные целые растения можно использовать для экспериментального определения функции (функций) генов или для улучшения характеристик сельскохозяйственных культур в современном сельском хозяйстве.
Каллус особенно полезен при микроразмножении, где его можно использовать для выращивания генетически идентичных копий растений с желаемыми характеристиками.
История
Анри-Луи Дюамель дю Монсо исследовал реакцию на заживление ран у вязов и первым сообщил об образовании каллуса на живых растениях.
В 1908 году Э. Ф. Саймон смог вызвать каллус из стеблей тополя, который также дал корни и почки. Первые сообщения об индукции каллуса in vitro поступили от трех независимых исследователей в 1939 году. П. Уайт индуцировал каллус, полученный из опухолевых прокамбиальных тканей гибрида Nicotiana glauca, которые не требовали гормональных добавок. Gautheret и Nobecourt смогли сохранить культуры каллуса моркови, используя добавки гормона ауксина.