Дедифференцировка как условие перехода специализированной клетки к делению и образованию каллюсной ткани.

Клетки формирующегося зародыша растений являются недифференцированными. Они интенсивно делятся и могут давать начало различным тканям и органам растения (тотипотентны). В процессе дифференциации клетка проходит три фазы: 1) деление; 2) растяжение; 3) дифференцировку. Характерной особенностью заключительной фазы клеточного развития является утолщение вторичной клеточной оболочки и потеря способности клетки к делению. У зародыша формируется меристема – ткань, которая сохраняет способность к делению и образованию новых клеток на протяжении всей жизни растения. Одни клетки меристемы (инициальные) задерживаются в недифференцированном состоянии и, делясь, обеспечивают непрерывный рост растения. Другие клетки постепенно дифференцируются, образуя постоянные ткани (покровные, проводящие, механические и другие).

Существует два основных типа меристем - верхушечные (апикальные) и боковые (латеральные). Апикальные меристемы располагаются на верхушках побегов и корней. Они обеспечивают их рост в длину. Такой рост получил название первичного, а сами меристемы – первичных. Латеральные меристемы (камбий и феллоген) располагаются параллельно боковым поверхностям осевых органов. Эти меристемы обеспечивают нарастание соответствующих органов в толщину. Кроме того, в процессе роста меристематическая ткань частично сохраняется в некоторых частях растения: в корнях (в виде перицикла), в узлах побега, в сердцевинных лучах стебля. Так называемая вставочная (интеркалярная) меристема характерна для злаковых культур: она находится в междоузлиях стебля и в основаниях черешков листьев.

У растения могут возникать и новые, вторичные меристемы. Это происходит, например, при поранении. Раневые меристемы дают начало каллюсу – особой ткани, состоящей их однородных паренхимных клеток, которые, интенсивно делясь, покрывают место поранения. В процессе их вторичной дифференцировки происходит восстановление поврежденных тканей и органов. Свойство растений к каллюсообразованию и последующей регенерации тканей и органов используется в садоводстве при получения прививок (срастание подвоя и привоя) и размножении растений черенками (укоренение черенков).

Важно отметить, что способностью к каллюсообразованию обладают клетки специализированных органов (листа, стебля, корня, семядолей) и тканей (меристемных, покровных, проводящих, основных, выделительных, механических) растения. Начальным условием в этом процессе является дедифференцировка: утрата специализации клеток ткани и восстановление их способности к делению. То есть, при каллюсообразовании специализированные клетки как бы возвращаются в меристематическое состояние. Установлено, что дедифференцировка клеток и образование каллюса происходит под воздействием определенных фитогормонов.

Если фрагмент специализированных тканей растения (эксплантат) поместить на питательную среду, содержащую фитогормоны, необходимые для образования каллюса, то можно получить культуру каллюсных клеток in vitro - основной тип культуры клеток растений. Процесс дедифференциации специализированных клеток индуцируют ауксины.

Однако для того, чтобы дедифференцированные клетки начали делиться, необходимы цитокинины. Ауксины интенсифицируют синтез ДНК, РНК и белков, необходимых для прохождения клеточного цикла, обеспечивают необходимые для подготовки к делению клетки синтетические процессы фазы G₁. Цитокинины действуют за ауксинами: снимают блок синтезов, необходимых для обеспечения построения митотического аппарата и имеющих место при переходе от S- к G₂-фазе клеточного цикла. Ауксины индуцируют синтез главной протеинкиназы клеточного деления, а цитокинины – циклинов. Таким образом, при дедифференцировке действие этих фитогормонов проявляется последовательно: сначала «включаются» ауксины, затем – цитокинины. Поэтому в питательной среде для получения каллюсной культуры должны быть как ауксины, так и цитокинины. В зависимости от эксплантата (соответственно, уровня эндогенных фитогормонов) эта закономерность может не соблюдаться. Так, зрелые и незрелые зародыши пшеницы и ячменя способны к каллюсообразованию на питательной среде только с ауксинами (2,4-Д). Очевидно, это связано с наличием у них достаточного количества эндогенных цитокининов.

Если дедифференцировка специализированных клеток обуславливается индукцией деления под влиянием фитогормонов, то дедифференцировка делящихся меристематических клеток связана с остановкой делений, их деспециализацией и только после этого – с индукцией делений, приводящей к каллюсообразованию.У