Генетичні механізми, що обумовлюють диференціювання клітин у культурі

В асоціації клітин каллусних тканини одні клітини займають певне положення і здійснюють за допомогою фізико-хімічних контактів вплив на інші, чим визначається їх структурно-функціональний стан. Міжклітинні взаємодії здійснюються за допомогою відповідних донорно-акцепторних молекул цитоплазматичної мембрани. Цими молекулами можуть бути низькомолекулярні білки, комплекси вуглеводів з білками, фітогормони, інгібітори, полярні сполуки та інші. Але у всіх випадках на основі нуклеїново-білкового, білково-вуглеводного й іншого типу впізнавання вони будуть сприяти злипанню або відштовхуванню клітин, будуть виступати як ефектори або апорепрессори. У клітині реципієнта за допомогою спеціальних рецепторів ці молекули будуть зв'язуватися і змінювати в епігенезі реакцію генетичної інформації. Таким чином, в основі диференціації клітини лежать процеси репрограмування, репресії, дерепресії генетичної інформації. Це призводить до утворення спеціалізованих клітин, які стають здатними до взаємодії, асоціації, утворення геометричних форм, до органо- і морфогенез.

Найважливішою умовою морфогенезу є адгезія клітин, в результаті якої утворюється тканина і орган. Поверхневі рецептори, а також різні структури типу мікротрубочок обумовлюють впізнавання, зближення, злипання клітин у процесі диференціації, тканино- і формоутворення. Речовини, активні в процесах структуро- і формоутворення, синтезуються під контролем ядра при надходженні сигналів з цитоплазми клітини, а також екзогенних імпульсів, ефекторів. При цьому сполучною ланкою між генетичною інформацією, її реалізацією та ефектором виступають алостеричні білки, які збирають, накопичують зовнішню інформацію і перетворюють її, внаслідок чого змінюють свою конформацію і вступають у взаємодію з опероном.

Генетична обумовленість процесів морфогенезу відбивається у зміні синтезу іРНК, білків, активних ферментів, тобто в комплексі скоординованих в часі і просторі реакцій, які обумовлюють диференціацію активності генів. Поява деяких білків свідчить про їх участь у морфогенезі та запуску морфогенетичних реакцій. Встановлено специфічний фактор пептидної природи, що стимулює морфогенез. Вивчаючи генетичний контроль каллусоутворення і органогенезу, вчені припустили, що інтенсивність утворення каллусу знаходиться під генетичним контролем.

Про генетичну обумовленість ознаки регенерації в умовах in vitro свідчать наступні факти:

1. Відсутність певних плечей хромосом (наприклад, в клітинах Triticum timopheevii при тривалому культивуванні губляться плечі хромосом геному At) може призводити до зниження виходу регенерантів.

2. За допомогою гібридизації можна підвищити інтенсивність регенерації в каллусній тканині.

3. Використання різних за складом поживних середовищ для регенерації сприяє різному рівню експресії генів, які визначають цю ознаку.

4. В основі генетичного контролю таких ознак, як частота каллусоутворення, частота утворення морфогенних каллусів і кількість зон регенерації для озимої пшениці основними є зверхдомінування, неповне домінування і епістаз; для озимої твердої – епістаз, неповне домінування і зверхдомінування; для ярої твердої – епістаз.

Одні генетичні системи контролю для всіх ознак виявляються стабільно (епістаз), а інші (зверхдомінування) – значно змінюються в залежності від ознак і генотипів. Але слід зазначити, що каллусогенез і регенерація рослин не є сполученими процесами, ймовірно, вони контролюються різними генетичними механізмами. Загальною закономірністю для культивованих тканин залишається ріст цитогенетичної варіабельності в процесі культивування. З цим корелює в більшості випадків втрата морфогенного потенціалу. Здатність до морфогенезу залежить і від стану ядра. Як правило, регенеруючі в культурі тканин рослини є диплоїдними, хоча тканини, з яких вони утворилися, мають різний рівень плоїдності.