Микрокартофель

На этом фото, занявшем первое место на конкурсе 2017 CommBeBiz Bioeconomy Photo Competition, вы видите картофель, выращенный из культуры клеток. Это странное растение — результат морфогенеза клеточной культуры, то есть образования из нее корней и побегов. Длина этих побегов — всего несколько сантиметров. Такая кроха может жить в лаборатории до девяти месяцев и давать микроклубни, которые используют для микроклонального размножения. Микро — потому что такие клубни имеют размер всего несколько миллиметров, а клонального — потому что из них вырастают генетические копии материнского растения. При посадке в грунт микроклубни дают начало растениям нормального размера.

Микроклубни компании E Green Global, которая производит их в промышленных масштабах и продает для использования в сельском хозяйстве. Фото с сайта eggtuber.com

Для перехода клеток в культуру эксплант (часть растения, из которой будет получена культура) помещают в чашку Петри на специальную среду, в которой содержатся вещества-стимуляторы деления клеток. Как правило, это растительные гормоны ауксины и цитокинины или их аналоги. Эксплантом могут служить разные части растений — кусочки стеблей, листьев, почки, пыльники, корни. В чашке Петри эксплант образует новую ткань, состоящую из делящихся недифференцированных клеток, — каллус. В природе каллус образуется в растениях при травмах и существует недолго.

Каллусную культуру можно получить из разных тканей растения. Но особую роль играет культура меристемы — образовательной ткани растений, благодаря которой они растут, образуют новые вегетативные побеги и цветки. Меристематическая культура позволяет получить здоровые растения даже для сортов, хронически зараженных вирусом. Дело в том, что вирусы быстро распространяются в растении по проводящей системе, но медленно проходят между клетками. Поскольку до апикальной меристемы — ткани на концах побегов, за счет которой происходит их верхушечный рост, — нельзя добраться по проводящей системе (которая просто не успела еще там образоваться), проникновение вирусов в меристему происходит медленно. Однако вирусы всё же могут туда попасть, поэтому перед культивированием эксплант нагревают или обрабатывают противовирусными препаратами. Из полученного здорового каллуса с помощью растительных гормонов и других веществ можно индуцировать образование побегов, корней и даже зародышей-эмбриоидов, которые развиваются в проростки. Таким образом, с помощью клеточной культуры можно в короткие сроки получить множество оздоровленных растений.

Культура клеток табака обыкновенного (Nicotiana tabacum). Фото с сайта en.wikipedia.org

Культуры растительных клеток можно использовать и для улучшения сортов: при культивировании в клетках каллуса происходят мутации, которые могут дать выращенным из культуры растениям новые качества — например, засухоустойчивость или способность выдерживать низкие температуры. Также с помощью клеточных культур возможно сохранение и размножение редких видов растений. Такой способ требует небольшого количества начального материала, немного места и может осуществляться круглый год. Кроме того, клетки можно сохранить в жидком азоте для использования в будущем. А еще культуры растительных клеток можно использовать для синтеза разных полезных веществ, которые обычно получают из растений, — например, антоцианов, широко используемых в качестве красителей и пищевых добавок (см. картинку дня Антоцианы).

Хищное растение венерина мухоловка (Dionaea muscipula) даже в пробирке выглядит опасным. Фото с сайта pinterest.ru

Такие технологии стали возможны благодаря ряду научных открытий. В 1838–1839 годах Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали положения клеточной теории, гласившей, что именно клетка — основная структурная единица и животных, и растений. Основываясь на этой теории, в 1902 году физиолог растений Готтлиб Хаберландт совершил первую известную миру попытку вырастить клетки растений в культуре. Он изолировал клетки из листьев и поместил их в раствор солей и сахарозы. Клетки могли жить так до месяца, увеличиваясь в размерах и накапливая крахмал, но не делились. Несмотря на то что Хаберландту не удалось размножить изолированные растительные клетки, он считается отцом их культивирования. Первые каллусные культуры, способные к длительному поддержанию, были получены в конце 1930-х годов, а первое растение было восстановлено из культуры клеток в 1959 году.

Фото с сайта horizon-magazine.eu.

Галина Клинк