История развития метода клеточной и тканевой инженерии растений

Бурное развитие клеточной инженерии приходится на 1950-е гг., хотя первые попытки выращивания изолированных кусочков ткани были сделаны гораздо раньше. В настоящее время предлагается рассматривать следующие этапы становления и развития биотехнологии.

I этап (1892-1902 гг.). В конце XIX — начале XX в. немецкие ученые X. Фёхтинг (1892), К. Рехингер (1893) и Г. Хаберландт (1902) предприняли первую попытку стимуляции роста растительных тканей и органов, помещенных на фильтровальную бумагу, пропитанную сахарозой. Несмотря на то что положительный результат не был получен, эти работы представляют большой интерес. Авторами были высказаны идеи, которые намного опередили развитие науки того времени и нашли свое подтверждение лишь несколько десятилетий спустя. Так, Фехтинг предположил, что полярность присуща не только организму или органу растения, но и самой клетке. Рехингер определил минимальный размер сегмента, образующего каллус (рис. 3.3, см. цв. вклейку). Согласно его исследованиям, в кусочках ткани тоньше 1,5-2,0 мм клетки не делились. Хаберландт впервые четко сформулировал идеи о возможности культивирования in vitro (в стекле) изолированных клеток растений и о тотипотентнос- ти клеток, т. е. способности любой соматической клетки полностью реализовывать свой потенциал развития.

II этап (1902—1922 гг.) ознаменовался созданием первых питательных сред для культивирования тканей животных. Эти среды были природного происхождения и содержали, как правило, плазму крови и зародышевую жидкость. Попытки вырастить изолированные растительные ткани на искусственных питательных средах, содержащих растительные экстракты, оказались неудачными, так как в экспериментах использовались мало подходящие для проявления ростовой активности клетки и ткани высших растений.

III этап (1922—1932 гг.) можно считать становлением метода культуры изолированных корней растения. В 1922 г. американский ученый В. Роббинс и немецкий ученый В. Котте — независимо друг от друга — показали возможность выращивания меристем кончиков корней томатов и кукурузы на синтетической питательной среде. Однако через определенное время растительные ткани бурели и погибали.

IV этап (1932—1940 гг.) связан с именами французского ученого Р. Готре и американского исследователя Ф. Уайта. В 1932 г. они показали, что при периодической пересадке на свежую питательную среду кончики корней могут расти неограниченно долго. Именно тогда началось подлинное развитие метода культуры растительных тканей. Эти ученые разработали методы культивирования новых объектов: тканей древесных растений камбиального происхождения, каллусных тканей запасающей паренхимы (Р. Готре), а также тканей растительных опухолей (Ф. Уайт).

Начинаются массовые исследования по разработке новых питательных сред, включающих даже такие неконтролируемые компоненты, как березовый сок или эндосперм кокоса. Работы по культуре ткани быстро развиваются, было успешно введено в культуру много новых объектов.

V этап (1940—1960 гг.). В 1955 г., после открытия Ф. Скугом и С. Миллером нового класса фитогормонов — цитокининов (и в частности, кинетина), оказалось, что при их совместном воздействии с другим классом фитогормонов — ауксинами — можно стимулировать деление клеток ткани сердцевинной паренхимы табака, лишенной проводящих пучков и камбия. В зависимости от концентрации и соотношения фитогормонов, можно усиливать деление клеток экс- планта, поддерживать рост каллусной ткани, индуцировать морфогенез. На этом этапе было оценено положительное воздействие натуральных экстрактов типа эндосперма кокосового ореха, каштана, кукурузы и других растений на поддержание неорганизованного клеточного роста и стимуляцию процессов морфогенеза в культуре каллусных тканей и клеточных суспензий. В 1959 г. был предложен метод выращивания больших масс клеточных суспензий.

VI этап (1960—1975 гг.). Наиболее важное событие этого этапа — разработка профессором Ноттингемского университета (Англия) Э. Коккингом метода получения ферментативным путем изолированных протопластов из корней и плодов томата и культивирования их в контролируемых условиях. Позже, в 1970 г., в той же лаборатории С. Пауэром и сотрудниками было осуществлено искусственное слияние протопластов, что открыло новый путь к созданию соматических гибридов. В этот же период был разработан метод клонального микроразмножения растений в условиях in vitro с использованием меристемной культуры. Основоположником данного направления исследований является французский ученый Ж. Морель, который получил оздоровленный посадочный материал орхидей и картофеля. Весьма важным достижением в развитии технологий культивирования изолированных тканей и клеток стало культивирование одиночной клетки с помощью ткани-«няньки» (рис. 3.4). Этот метод был разработан в России в 1969 г. в Институте физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН под руководством Р.Г. Бутенко.

VII этап (1975 г. — по настоящее время). Продолжается быстрое развитие технологии in vitro и изучение биологии культивируемых объектов. Разрабатываются методы электрослияния изолированных протопластов, мутагенеза и клеточной селекции, получения гаплоидных растений. Совершенствуется метод глубинного культивирования клеток с использованием изолированных протопластов и векторов, созданных на основе Ti- и Ri-плазмид Agrobacterium tume- faciens и A. rhizogenes. С помощью методов генетической

Культивирование одиночных клеток высших растений с помощью ткани-«няньки» (по Р.Г. Бутенко, 1999)

Рис. 3.4. Культивирование одиночных клеток высших растений с помощью ткани-«няньки» (по Р.Г. Бутенко, 1999)

инженерии разработан эффективный метод переноса генов для двудольных растений.

Таким образом, за последние десятилетия сделан значительный шаг вперед в развитии технических приемов работы с изолированными тканями и клетками растений. Объектом исследования, как правило, служили однодольные и двудольные травянистые растения, в редких случаях — древесные.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >