Диссертация (1145917), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В частности, в случае ЗЭ клетка,формирующая эмбрион, определяется в ходе гаметогенеза и оплодотворения, а вслучае СЭ это определение происходит каким-то иным путём. Предполагается,однако, что, как и в ЗЭ, определяющую роль в инициации СЭ играетасимметричное распределение ауксина и формирование полярной структуры.Первоеделениеклетки,изкоторойвдальнейшемсформируетсясоматический эмбрион, может быть как симметричным, так и асимметричным. Внекоторых случаях соматические эмбрионы формируются не из одной, а изнескольких клеток. Чётко выраженный суспензор у соматических эмбрионовпокрытосеменных в большинстве случаев отсутствует, однако его развитиенаблюдали в ходе СЭ у некоторых голосеменных, таких как Picea abies и Abiesalba. В дальнейшем, как и в случае ЗЭ, клетки суспензора претерпевалитерминальную дифференцировку и гибель путём аутофагии (Smertenko, Bozhkov,2014).
Интересно, что смерть клеток суспензора является важным регулирующимфактором в ЗЭ и СЭ (в случае наличия суспензора). Кроме того, в целом, в ходеСЭ программируемая клеточная смерть, как было показано для ряда видов,необходима для нормального развития соматических эмбрионов. В частности, уPicea abies клеточную смерть наблюдали также в ходе развития каллуса ииндукции эмбриогенных клеток, и подавление этого процесса приводило к29неспособности образовывать соматические эмбрионы (Altamura et al., 2016).Из-за сложностей с идентификацией отдельных эмбриогенных клеток,особенно среди других клеток каллуса, ранние стадии СЭ описывают редко и вбольшинстве случаев развитие соматических эмбрионов прослеживают тольконачиная с глобулярной стадии. Дальнейшее их развитие морфологически обычносходно с таковым у зиготических эмбрионов и включает в себя стадии глобулы,сердца, торпеды и стадию развития семядолей.
Соматические эмбрионы, как изиготические, являются биполярными структурами и не соединены проводящимипучками с материнскими тканями, что является главным отличием СЭ от другоговида регенерации - побегообразования (Winkelmann, 2016).Известно, что соматические эмбрионы часто характеризуются большимиразмерами, они сформированы большим числом клеток и имеют менее гладкуюповерхность по сравнению с зиготическими эмбрионами на аналогичной стадии(Fehér, 2015). Количество запасающих белков в соматических эмбрионах напоздних стадиях развития обычно снижено по сравнению с таковым узиготических, а их состав может быть изменён. Зачастую их расщеплениеначинается ещё до этапа прорастания. Также у соматических и зиготическихэмбрионовразличаетсясоставвысоко-инизкомолекулярныхсахаров(Winkelmann, 2016). Эти и другие особенности соматических эмбрионов связаны сещё одним важным различием между СЭ и ЗЭ: соматические эмбрионы, пройдяэтап морфогенеза, обычно сразу же развиваются во взрослые растения, минуястадию покоя (Solís-Ramos et al., 2012) – в частности, это происходит из-заотсутствия эндосперма и других тканей, которые окружают зиготическиеэмбрионы в семени при ЗЭ.
Эта особенность обычно негативно сказывается надальнейшем развитии соматических эмбрионов.Одним из подходов к разработке и улучшению протоколов СЭ являетсяизучение биохимического состава зиготических эмбрионов и окружающих ихтканей, например, эндосперма и воссоздание сходных условий in vitro(Winkelmann, 2016). В частности, созревание, а также состояние, подобноесостоянию покоя, можно индуцировать у соматических эмбрионов с помощью30дегидратации (например, путём добавления в среду для культивированияразличных осмотических агентов) и за счёт обработки их абсцизовой кислотой –подобные методики используются для повышения «качества» соматическихэмбрионов, т.е.
для увеличения доли эмбрионов, которые в дальнейшемразовьются в полноценные взрослые растения (Arnold et al., 2002).1.2.2. Регуляторы СЭМногочисленныеисследования,посвящённыеразработкепротоколовполучения соматических эмбрионов у разных видов, говорят о том, что напрохождение и успешность СЭ, помимо генотипа растения, может оказыватьвлияние огромное количество факторов, таких как добавляемые в среду гормоны,минеральный состав среды, освещённость, влажность и даже ориентациярастительного экспланта на среде. Логично предположить, что механизмы этихвлияний опосредованы различными внутренними регуляторами СЭ, которыеподавляют или стимулируют этот процесс. К настоящему времени выявленомножество таких участников СЭ, включая фитогормоны, транскрипционныефакторы, рецепторы или эффекторные белки.
В следующем разделе мырассмотрим наиболее известные гормональные и белковые регуляторы этогопроцесса.1.2.3. Гормональные регуляторы СЭКультивирование растительных эксплантов на среде с добавлениемфитогормонов практически всегда является необходимым этапом формированияэмбриогенного каллуса. В этой главе будет рассмотрено влияние основныхгормонов растений на прохождение СЭ.1.2.3.1. Ауксин, ауксиновые транспортёры PIN и их роль в СЭАуксин - наиболее часто упоминаемый в связи с СЭ и, вероятно, наиболееважный для этого процесса фитогормон. Зачастую ауксин является единственнымнеобходимым регулятором роста для формирования эмбриогенного каллуса.Об участии ауксина в СЭ обычно говорят в связи с потерей и приобретениемполярности, необходимой для развития соматических эмбрионов.
Различные31стрессовые воздействия на экспланты (поранение, добавление в среду экзогенныхауксинов и прочее) могут вызвать интенсивную пролиферацию клеток экспланта ипотерю изначальных градиентов ауксина, от которых зависит развитие любыхструктур в растении. Это приводит к изменению характера экспрессии генов вклетках и к перепрограммированию процессов дифференцировки, что необходимодля развития в будущем соматических эмбрионов (Karami et al., 2009).Для разных видов растений могут потребоваться разные виды ауксина, но вбольшинстве протоколов используется синтетический ауксин 2,4-D. Это веществоявляется не только ауксином, но и сильным гербицидом, поэтому возможно, чтоего воздействие, приводящее к СЭ, связано не столько с ауксиновым, сколько сострессовым ответом.
(Fehér et al., 2015).2,4-D не только вызывает ауксиновый ответ, но и стимулирует синтезэндогенногоауксина(индолилуксуснойкислоты,илиИУК).Временноеувеличение количества эндогенной ИУК в эксплантах характерно для различныхсистем СЭ (Fehér et al., 2015).В большинстве случаев для развития соматических эмбрионов экзогенныеауксины должны быть на определённом этапе удалены из среды. Вероятно, ихотсутствие делает возможным формирование собственного ауксинового градиентав каллусах, который необходим для формирования апикально-базальной осисоматических эмбрионов.Основным природным ауксином является ИУК.
Она вовлечена практическиво все процессы роста и развития в растении, такие как пролиферация клеток,рост клетки растяжением, дифференцировка различных типов клеток, развитиелатеральных органов, гравитропизм, фототропизм и др., а также в защитныереакции.ИУК синтезируется из триптофана; при этом гены, кодирующие ферментысинтеза, обычно представлены большим количеством паралогов и объединены всемейства. Также для некоторых растений показано наличие триптофаннезависимого пути синтеза ауксина через индол (Woodward et al., 2005).Семейство генов YUCCA кодирует ключевые ферменты биосинтеза ауксина,32флавин-монооксигеназы. Эти гены также активируются как в ходе ЗЭ, так и в ходеСЭ, и вместе с транспортёрами ауксина принимают участие в созданиивнутренних ауксиновых гранидентов.В настоящее время механизмы влияния ауксина на уровень экспрессиигенов-мишеней изучены достаточно подробно.
Это влияние осуществляется засчёт двух больших белковых семейств: Aux/IAA (Auxin/Indole-3-Acetic Acid) иARF (Auxin Response Factors). ARF — ДНК-связывающие белки, которые могутбыть как активаторами, так и ингибиторами транскрипции (Guilfoyle et al., 2007).В отсутствие ауксина белки Aux/IAA связаны с ARF и способны репрессироватьих действие за счёт привлечения корепрессора — белка TOPLESS (TPL).Рецептор ауксина — цитоплазматический белок TIR1 (Transport InhibitorResponse) — является компонентом убиквитин-лигазного комплекса. Ауксинделает возможным его взаимодействие с белками Aux/IAA, тем самым приводя ких деградации в протеасоме (Tan et al., 2007).Многие члены семейств Aux/IAA и ARF изменяют характер своейэкспрессии в ходе СЭ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
