Дифференциация, морфогенез және регенерация

Бір калыпты бөлініп ретсіз өсіп жаткан каллуста кайта дифференциялану процесінін аркасында үлпалар (гистогенез), мүшелер (органогенез), үрык тәрізді күрылымдар (эмбриоидо-генез немесе сомалык эмбриогенез) пайда болады. Алдымен

каллус өсіп, белгілі бір деңгейге дейін өз массасын көбейтеді (критическая масса). Сонан сон ол морфогенезге бағытталады. Бірак, каллустын тек кана бірлі-жарым клеткалары өзінің даму бағдарламасын өзгерте алады. Өйткені тек сол клеткалар детерминацияланады, яғни өздерінің даму жолын өзгертуге дайын болады. Дәл осы кезде сырткы факторлардын, әсіресе ңндуктордын әсері шешуші болып шығады. Индуктор ең әсерлі коздырушы, онсыз морфогенез процестері басталмайды. Көбінесе индукторлык кызметті фитогормондар аткарады. Сөйтіп клетканын куйі мен индуктордын әсері дәлме-дәл сәйкес келген кезде морфогенез процестері басталады.

Сонымен клетка редифференцияланады, баскаша айтканда ол кайтадан дифференцияланады. Бүл өте күрделі процесс, ішкі және сырткы факторлардың әсерімен реттеледі, геномньш информациясын іске асыру программасы өзгеруіне байланысты. Ретсіз өсіп жаткан каллуста уйымдаскан курылымдардын, яғни меристемалык аймактардың пайда болуын реттейтін факторлар жөнінде әлі анык тусінік жоктың касы. Сол меристемалык аймактардан сабактар, тамырлар немесе эмбриоидтар түзіледі. Бүл процесте ен басты факторлар гормондар, әсіресе олардың бір-бірімен ара катынасы. Алғашкы рет бүл зандылыкты Скуг пен Миллер 1957 жылы аныктады, кейін оны көптеген тәжірибелер растады.

7-сурет бойынша ауксин мен цитокининнін денгейлері орташа келгенде темекі каллусында айтарлыктай өзгеріс байкалмайды, ол бөлініп өсе береді. Ауксин/цитокинин ара катынасында ауксин мөлшері жоғары болғанда тамырлар пайда болады (ризогенез), ал төмендегенде бүршіктер пайда болады (геммогенез).

Сондай-ак бір каллуста төтенше жағдайда әр түрлі морфогендік күрылымдар пайда болуы мүмкін. Бүл күбылысты каллустын әрбір бөлігінде ерекше гормондардың концентрациялық градиенті түзіліп, сонын аркасында морфогенездің түрлі жолдары индукция-ланады деп түсінуге болады. Сонымен каллуста пайда болатын меристемалык аймактардын түрі ауксин мен цитокининнің ара катынасына байланысты болса да, олардың морфогенездін кезендерінде нактылы катысуы әзірше аныкталмай отыр.

Алайда, толып жаткан өсімдіктердін каллустарынан гормоңцар балансын өзгертіп бүршік немесе тамыр шығаруға болмайды.

Бүршік пен тамырдың пайда болуын реттегенде фитогормондар әрекеттестігіне баска факторлар да әсер етуі мүмкін. Мысалы, қант пен фосфаттардын мөлшері, азоттың көзі, пуриндер, т.б. Өткізгіш үлпалардың (флоэма, ксилема) пайда болуына гормондар мен катар кант та әсер етеді. Каллуска ауксин мен кант ерітівдісін инъекциялағанда, онда өткізгіш элементтер пайда болады, бірак олардын түрі ауксин мен канттын концентрациясына байланысты. Сахарозанын концентрациясы 2 % болғанда көбінесе ксилема түзіледі, ал жоғары концентрациясын (8 %) колданғанда флоэма түзіледі. Сахароза орнына глюкоза пайдаланылғанда гистогенез процесі жүрмейді.

Скуг пен Миллердің темекі каллусында ашкан зандылығы іп уііго жағдайында өтетін морфогенезді зерттеуге зор үлес косты. Бірак клетка мен молекула денгейінде оның механизмі әлі белгісіз.Сойтіи, фитогормондардын морфогенезді коздыратын механизмдері жөнінде мағлүматтар жок. Сондыктан өсімдіктердің әрбір түрін, тіпті сортын іп уііго жағдайында өсіре бастағанда, 1 оларға гормондар түрін, мөлшерін және ара катынасын жанадан іріктеп алу кажет.

Астык тұкымдасы және кейбір бұршак тұкымдасы өсімдік-тердін клеткалары мен протопласттарын өсіргенде морфогенезді \ коздыратын және регенерацияға жеткізетін гормондар I концентрациялары әлі аныкталмаған. Осындай фактілер және 1 толып жаткан әдебиет деректері морфогенездің гормондык теориясына күмән тудырады. Мурасигенін айтыунша, Скуг пен М нллердін концепциясы органогенез процесіне тым женіл-желпі гүсінік береді. Даму пронесі өте күрделі процесс, ол бірнеше кезендерден турады, әр кайсысында гормондарға, жарыкка, температураға ерекше талап койылады. Сонымен катар, Мурасиге пікірінше, өсімдіктер өздері бөліп шығаратын заттардын әсерін еске алу керек. Бүл заттар улы болып, морфогенезді тежеуі мүмкін. I

Корыта айтканда, іп уіГго жағдайында дифференциялану мен морфогепезді гормондармен реттеу концепциясын әмбебап концелция деп еселтеуге болмайды. Себебі: 1) дифференциялану мен морфогенезді реттегенде гормондардын ерекшелігі жок (ауксин мен цитокинин каллус клеткаларынын бөлінуін де, дифференцияланған клеткалардын да бөлінуін реттейді); | 2) гормондык ондеуді сезінбейтін клеткалар бар (олар бөлінеді, бірак тотилотенттік касиет керсетпейді); 3) іп ұііго жағдайында әсірген клеткалардын тотипотенттігі тек гормондарға ғана , байланысты емес. Клеткалардын морфогенезге кабілеті есімдіктін генотипіне, онын физиологиялык күйіне, эксплант алынған мүшесіне, даму мерзіміне және баска химия-физикалык 1 факторларға байланысты.

Морфогенезге кабілет корсетуде генотиптін ыкпалы талай өсімдіктерде байкалған, мысалы, темекі, сәбіз, түсті кырыккабат, бегония, жень-шень, астык түкымдастар. Эксплант алынған | мушенін де маңызы зор, кейбір түрлерде генеративті үлпалардын морфогенді потенциалы вегетативті үлпаларға карағанда едәуір жоғары. Тіпті бір мушенін әр түрлі үлпаларында морфогенезге кабілеті бірдей болмайды. Мысалы, сәбіз флоэмасынан шыккан каллуста тамырлар пайда болса, ксилемасынан шыккан каллуста ^; эмбриоидтар түзілген.

Бүл деректер іп уііго жағдайында өтетін органогенезде клеткалардың алғашкы дифференциялануының маңызын көрсетеді. Тіпті бастапкы алынған эксплант үлпаларынын алғашкы дифференциялану процесі, соның кейбір механизм-деріне әсер етеді екен. Өсірген кезде ұлпалардың ерекшеліктері кейде үзак сақталады. Мысалы, кант кызылшасының тамыржемісінін үлпасын өсіргенде, алғашкы клеткаларға тән белоктары үзак сакталған.

Өсірген клеткалардын цитогенетикалык түрактылығы мен морфогенезге кабілеті арасында өзара катыстығы бар. Сәбіздін эмбриогенді каллусында, яғни эмбриоид түзетін каллуста клеткалар диплоидты болған. Ш. Тивари мен К,- Искакова арпанын тозаңкаптарын іп уітхо жағдайында үзак өсіріп, олардын морфогенезін зерттеп, цитогенетикалык жағдайы мен морфогендік потенциалының өзара байланысы болғандығын көрсетті. Өсірген клеткалардың хромосомаларының саны гаплоидтык және диплоидтык болғанда ғана олардың регенерацияға кабілеті жоғары болған.

Р,Г. Бутенко каллуста меристемалык аймактардын пайда болуын былай бейнеледі. Индуктордың сигналын кабылдай алатын клеткалар даму бағдарламасын орындауға өте ерте дайындала бастайды, яғни ертеден детерминацияға үшырайды. Бүл кезде олар белінуін токтатады, кабыкшасы калынданып айналадағы каллус клеткалардан окшауланады. Бүл мезгілде субстраттар мен энергияны өздеріне жинайды, оларды келесі тез бөлінгенде пайдаланады. Мұндай клеткаларды инициаль, яғни бастапкы деп атайды. Олар паренхима тәрізді каллус клеткаларының арасында пайда болады. Морфологиялык айырмашылығы мынада: ядросы үлкейеді, оған сәйкес ядро/ плазма ара катынасы да өседі, рибосомалар мен митохондриялар саны кобейеді, пластидтерде крахмал жиналады. Сонымен, каллус клеткасы редифференцияланып меристемалык клеткаға айналғанда өзінін ішкі кұрылымын кайта күрады. Біраз уакыт өткен соң бүл клеткалар бөлшектену жолымен тез бөлініп меристема тәрізді майда клеткалардын сфераға үксас массасын ^т\'зеді. Одан әрі бүл масса немесе сабак пен тамыр бастамасы калыптасатын меристемалык аймағына айналады, немесе ^эмбриоид түзетін биполярлык глобула тәрізді проэмбриоға айиалады. Олардьщ кайсысы пайда болуын реттейтін мехапизмдері жөнінде дерек жок. Каллуста клеткалар ретсіз әр түрлі бағытта бөлініп үйымдаспаған клеткалар массасын түзеді. Сойтіп каллуста бөлінудін белгілі полярлык өсі жок. Ал сабак, тамыр, эмбриоидтін меристемалары катан тәртіппен полярлык өсі бойынша бөлінеді. Әе поұо (жанадан) пайда болған күрылымдардын полярлығын белгілейтін механизмдер туралы мағлүмат жок.Мериетемалык аймакта да, проэмбриода да метаболизм өте каркынды жүреді, сондыктан олар коректік заттар мен реттеуші заттарды өздеріне тартады. Бүл клеткалар өзара көптеген плазмодесмалармен байланысады. Каллус клеткаларында плазмодесмалар жок, онда заттар апопласт аркылы тасымал-дапалы. Морфогенез аймағы жалғыз немесе бірнеше клеткадан түзіле ме, ол әлі белгісіз. Инициаль клетканын төңірегіндегі клеткалар кейінірек бөліне бастап, түзілген морфогенді күрылымына косылуы да мүмкін.

. I п уііго жағдайында тағы да бір аз зерттелген морфогенез жолы бар, ол флоральдык морфогенез жолы. Мүнда каллуста вегетатитгік бүршігі орнына гүл бүршігі пайда болады. Бүл күбылысты бірінші байкаған француз зерттеушілері еді. Олар эксплант ретінде гүлдеп түрған темекі сабағынын жоғарғы буынаралык кесіндісін алған.

Каллус клеткасынан зигота сиякты биполярлык үрык тәрізді (эмбриоид) күрылымнын түзілуі сомалык эмбриогенез немесе эмбриоидогенез деп аталады. Сәбіз клеткаларын сүйык ортада өсіргеі-ше эмбриоидогенезді бірінші болып 1958 жылы Стюард пеіі Рейнарт байкаған еді. Олардан кейін бүл күбылыс өсімдіктердің көптеген түрлерінде сомалык клеткаларында да, кобейме мүше клеткаларында да көрсетілді. Бірак бүл процесті козғайтын себептер әлі аныкталмаған.

'-Змбриогенез әр түрлі жолдармен жүзеге асады. Т.Б. Батыгина іп уііго жағдайында эмбриоидтардың түзілу жолдарын мына схема түрінде көрсетті (8-сурет). Оның негізі екі бағыт: эмбриоид тікелей жеке бір клеткадан пайда болады (1 жолы) немесе эмбриондык клеткалык комплекстен түзіледі (2,3,4 жолдары). Эмбриондык клеткалык комплексі (ЭКК) деп бір немесе бірнеше клеткалардың бөліну нәтижесінде пайда болған комплексті

атайды, одан кейін эмбриоид түзіледі. Бірак эмбриоидтың бір ғана клеткадан тікелей - бірінші жолымен - пайда болуы әлі цитологиялык деректермен дәлелденбеген.Эмбриоидтардын екінші жолымен пайда болуын Рейнерт көрсетті. Сәбіз тамырынан шыккан борпылдак каллустан алынған жеке клеткасын жүка агар кабатына салғанда ол асимметриялык түрінде бөлінеді. Жас клетканын біреуі тез бөлшектеніп тығыз байланыскан шар тәрізді күрылымды түзеді. Бүл эмбриондык клеткалык комплексі, кейін глобулалык және жүрек тәрізді эмбриоидка айналады. Жас клетканын екіншісі созылып суспензор түзеді. Осылай ЭКК-ның толығымен эмбриоидка айналғанын баска зерттеушілер де көрсеткен.Эмбриоидтын пайда болуының үшінші жолын Стрит талдап зерттеген. Бүл жол бойынша ЭКК жалғыз бір клеткадан түзіледі. Электрондык микроскопты, гистохимиялык тағы баска әдістерді колдана отырып, ЭКК-нын күрылымындағы және эмбриоидтың пайда болуындағы ерекшеліктерін аныктаған. Сәбіз суспензия-сында ЭКК-нын сырткы клеткалары мен орталык (ішкі) клетка-лары әртекті болған. Сырткы клеткаларынын ядросы үлкен,

ііитоплазмасы тығыз, вакуолі майда және үлкен крахмал туйіршіктері болған. Сырткы клеткаларының біреуі көлденен болінеді де, шеткі жас клеткадан эмбриоид дамиды, ал екінші жас клетка суспензорға айналады.

Эбриоидтын пайда болуынын төртінші жолы, Хациустын кожарасы бойынша, ЭКК-нын бірнеше клеткасынан түзілуі. Бірак әзірше әдістемелік киыншылыктарға бола эмбриоидтардьщ бастапкы клеткалары накты аныкталмаған, тек олар сырткы кабатыпда жататыны белгілі. Мак-Вильямнын болжауы бойынша, ЭКК-иын сырткы клеткаларынын барлығы эмбриогендік болып кследі, сондыктан курылымдары ұксас. ЭКК-нын кейбір сырткы клеткалары эмбриоидогенез жольша түскен сон көрші клеткалардын дамуын тежейді, тіпті оларда мынадай өзгерістерді туғызады: крахмалы жойылады, су сініріп созылып өседі. Сәбіздін эмбриоидогенезін зерттеген Джонстын пікірі бойынша, эмбриоидтар каркынды бөлінетін сырткы клеткаларынан тузіледі, бірак не себептен олар тез бөліне бастайтыны тусініксіз.

Т.Б. Батыгинаның көзғарасы бойынша, іп уіуо және ін ұііго жағдайында сомалык эмбрионның пайда болуынын манызды себебі - клеткалардың белгілі алғашкы бір тобы, яғни ЭКК-нын тузілуі. Одан кейін эмбрионнын дифференциялану кезеніне өту ушін де белгілі клеткалар массасы кажет. Бірак сол клеткалар массасынын пайда болу себептері әлі белгісіз және клеткалар массасынын мәні де тусініксіз. Сомалык эмбриоидтардын дамуында киын кезеңдердін болатынын баска зерттеушілер де кейін тәжірибе аркылы дәлелдеді.Үзак уакыт бойьшша меристемалык аймактарынан сабак та, тамыр да, эмбриоид та пайда бола алады деген пікір болған. Бірак соңғы кезде бүл көзғарас дүрыс емес екені көрсетілді. Каллуста меристемалык аймак пайда болғанда оның болашактағы морфогенез жолы алдын ала белгіленеді, яғни сол меристема клсткалары морфогенездін белгілі бір жолына детерминация-ланған. Мүмкін, ен алғашкы мезгілі, меристемалык аймак 3-4 клеткалы кезінде ол түрлі морфогенез жолдарына тусе алады, ал одан кейін, детерминациядан өткен сон, оның даму бағыты белгіленеді. Баскаша айтканда, морфогенезге детерминациялану клеткалардын массасына байланысты, яғни «ен аз массанын әсері» деі ен кубылыс орын алады. Мумкін, әр турлі жүйелерде белгілі

морфогенез жолына түсу үшін детерминацияланған клеткалардын саны өзгеше болар. Мысалы, жапон ғалымдары көрсеткендей, эмбриоид жолымен дамитын клеткалар 6-10 клеткалык топ кезінде детерминацияға үшырайды. Мүндай клетка топтарын эмбриоидтын ен бастапкы даму кезені деп санауға болады.

Экспланттын бір немесе бірнеше клеткасынан ЭКК-ны түзбей, тікелей эмбриоидтын пайда болуы сирек кездеседі. Мысалы, лимонның тозанкаптарын немесе нуцеллус пен интегументін осіргенде. Бүл эмбриоидтардан гүлденуге кабілетті, жетілген осімдіктер пайда болады. Ал Ш.Тиваридің деректері бойынша, арпанын тозаңкаптарын өсіргенде микроспоралар біршама бөлініп көп клеткалы күрылымдарды түзеді, олар өсе келе алғашкы каллусты шығарады. Сол каллустан эмбриоидтар немесе глобулалар пайда болады. Глобулалар кейінірек эмбриоидтарға айналуы мүмкін. Сөйтіп, жеке клеткадан тікелей эмбриоидтын түзілуі, яғни Т.Б.Батыгинанын жіктеуі бойынша бірінші жолы, өте сирек кездесетін күбылыс.

Сомалык эмбриогенездін индукциясы фитогормондарға байланысты. Эмбриоидтар пайда болу үшін коректік ортаны бір ізбен алмастырып түру кажет, әсіресе азот пен ауксин мөлшерінің ара катынасын бакылау керек. Сонымен катар, эмбриоидтардын түзілуі азоттың түріне байланысты. Мысалы, аммонийдін орнына ортаға глутамин мен аланинді косканда тәжірибе нәтижелі болған. 2,4-Д өте тиімді келеді, бірак ол тек клеткаларда детерминация өту үшін керек, яғни эмбриондык клеткаларынын ен алғашкы пайда болған кезінде кажет. Одан әрі өсе келе эмбриоидтар экзогендік гормондарды кажет етпейді, себебі оларды өздері синтездей бастайды. Сол кезде коректік ортадағы гормондар эмбриогенезді тіпті бүзып жібереді. Проэмбрио (алғашкы даму кезеніндегі эмбриоид) ауксины мол коректік ортада үзак калса, ЭКК клеткалары кайта бөліне бастайды, яғни дифференцияланған күйінен айырылып кайта каллус клеткаларына айналады. Эмбриогендік каллусты (эмбриоид түзетін каллусты) ауксины аз иемесе ауксины жок коректік ортаға көшіргенде ғана ол эмбриоидтарды түзеді. Эмбриоидтар гормоны жок коректік ортада өскін береді.

Сонымен, сомалык эмбриогенез екі кезенмен өтеді: I) эмбриогендік компетенциясы бар клеткалардың (ЭКК -

эмбриогендік клеткалар тобы) пайда болуы; 2) ауксин болмағанда иемесе онын мөлшері азайғанда сол эмбриогендік клеткалардан эмбриоидтын түзілуі (9-сурет). Калыптаскан эмбриоид коректік ортаньщ гормондарын кажет етпейді. Ол бос байланыскан клеткалардан ажырап, каллустан онай бөлініп шығады. Ал меристема аймағынан пайда болған сабактар мен тамырлар каллуспен өткізгіш жуйесі аркылы тығыз байланысып түрады. Кеп авторлардын пікірінше эмбриоид пен бүршікті ен басынан олардың каллуспен байланысу калпына карап тануға болады.

Э. Синнот регенерацияға мынадай түсінік береді: «Организмнін жойылған немесе физиологиялык түрғысынан окшауланған бөліктерін калпына келтіре алушылык касиеті, сонын салдарынан кайтадан түтас организм түзіледі». Іп уііго жағдайында регенера-ция деген ол бүршіктер (геммогенез) мен тамырлардын (ризогенез) немесе эмбриоидтардың (эмбриоидогенез) пайда болуы. Эмбриоидтарды гормондары жок коректік о)ггаға көшіргенде олардан тез-ак регенеранттар шығады. Бүршіктерді ауксины мол коректік ортада тамырландырып бүтін өсімдікті алуға болады. Алайда, каллуста тек тамыр пайда болғанда одан регенерант өсімдікті алу мүмкін емес. Кейде каллуста өркеннін және тамырдын апикалдык меристемалары бір мезгілде калыптасып (гемморизогенез) регенерант пайда болады (10-сурет). Айта кету керек, бір каллуста органогенез бен эмбриоидогенез процестері бірге өтуі өте сирек кездесетін күбылыс.

Бүл жерде мынаған назар аудару керек. Іп уііго жүретін морфо-генез бен регенерациянын мәселелерін зерттеу үшін бүған дейін модель ретінде темекі, сәбіз, шырайгүл т.б. шөптекті косжарнакты өсімдіктердін клеткалары колданылып келді. Сөйтіп, морфогенез бен регенерация процестерінін өтуі мен реттелуі туралы негізгі тусініктер косжарнакты өсімдіктерге, әсіресе алка түкымдас-тыларына катысты.

Регенерация кұбылысы дәлелдегендей, дифференциялан^ан өсімдік клеткалары тотипотенттік касиетінен айырылмайды, яғни өздеріне тән генетикалык потенциясын жоғалтпайды. Бірак көптеген осімдіктер клеткаларынын тотипотенттігі тәжірибе аркылы дәлелденсе де, кейбір ғалымдардың пікірінше кез келген клетка тотипотенттік бола бермейді. Мысалы, көптеген өсімдіктердің жалырактарының жасыл клеткалары, астык түкымдастардың протопластары мен жеке клеткалары тотипотенттікті жиі көрсетпейді.

М. Айткожин атындағы Молекулалык биология және биохимия институтында бидайдың жапырағынан шыккан каллустан бірінші рет регенерант өсімдіктері алынды (М.Қарабаев пен кызметтестері). Олар коректік ортада ауксин мөлшерін біртіндеп томендетіп және жарыкты көбейтіп жапырак каллусының оміршеңдігін арттыру жолын жете зерттеді. Регенерацияға арналған ортада ИСҚ-тың концентрациясын өзгертпей зеатиннын молшерін котеріп, жарыкты көбейтті. Бұл тәсіл ұлпа мен орта арасында және үлпанын ішінде факторлардын градиентін туғызып морфогенезді индукциялайды және клеткалардын тотипотенттігін жұзеге асыруға жағдай туғызады.

Осы авторлардын деректері бойынша, жүмсак және катты бидайдын әр түрлі сорттары мен будандарында каллустын пайда болуы генотипке емес, тек өсіру жағдайына байланысты. Ал каллустын осу каркындылығы мен регенерацияға кабілеті генотипке байланысты болған. Сойтіп, каллустын түзілуі мен регенерация процесін әр түрлі генетикалык механизмдері реттейді деп олар корытынды жасады. Сонымен катар, олардың пікірінше клеткалардын регенерациялык активтілігінін генетикалык детерминапиялануы шартты күбылыс және осімдіктердін регенерациясына генотип тыйым салмайды, тек кана морфогенез гендерінін экспрессиясына кажет жағдайларын тәжірибе аркылы іріктеп алу керек. Сонымен, регенерация клеткаларды осіру әдісінін ен негізгі мәселесі.

Қазіргі уакытта шоптектік косжарнакты өсімдіктердін көптеген түкымдастары ұшін іп уііго жағдайындағы регенерация тәсілдері жаксы зерттелген. Ал даражарнакты шөптектік осімдіктер үшін, әсіресе астык түкымдастарында мәселе өзгеше. Сондай-ак ағаштармен, әсіресе кылқан жапырактылармен айналысканда киыншылыктар кездеседі.

Астык дакылдары ауыл шаруашылығынын ен маңызды өсімдіктері болғандыктан, оларды генетика түрғысынан асылдандыру үшін, биотехнология әдістерін зерттеу оте маңызды мәселе. Бірак даражарнактыларда сірә клеткалардың дифференцияланған күйінен шығуы, яғни каллуска айналуы мен кейінгі морфогенездің отуі катаң бакылауда болады. Оларда бүл пропестердін гормондармен реттелуі баска есімдіктерден ерекше жүреді.

Косжарнакты осімдіктердін коптеген турлерінде каллус пайда болу үшін ауксин мен цитокинин бірдей кажет. Астык дакылдарына ол үшін кобінесе тек ауксин керек, ал цитокинин клеткалардын болінуін тежейді. Агардажәне суспензияда есіретін астык дакылдары каллустарынын барлығы экзогенді гормондардьщ ыкпалымен дифференциялана бермейді. Сонымен катар, астык дакылдардын каллус клеткалары оте әртекті болады және де клеткалардын морфогендік потенциалы тез бәсендеп, жоғалып кетеді. Шамасы, үзак өсіргенде ядролык немесе цитоплазмалык гендері өзгерген клетка популяциялары калыптасады да, сол озгерген гендер кайтадан дифференция-лануға, яғни морфогенезге тыйым салады.

Астык дакылдарының каллустарында морфогенез баска жабыктүкымды осімдіктердегідей екі негізгі жолмен өтеді: 1) органогенез; 2) сомалык эмбриогенез. Өркендер эксплантта бүрыннан бар оркен меристемаларынын дамуы аркылы немесе каллуста сіе поуо (жаңадан) түзілген меристемалык аймактардан пайда болады. Әр түрлі астык дакылдары осімдіктерінде сомалык эмбриогенёздін морфологиялык және гистологиялык дәлелдері 1980 жылы И. Васил деген американ ғалымының лаборатория-сында корсетілді.

Баска осімдіктерге карағанда астык дакылдарында дифференциялану, морфогенез және регенерация процестері генетикалык және эпигенетикалык катты бакылаумен отеді, яғни осімдіктің генотипіне және даму кезеніне байланысты.Н. Бишімбаева мен С. Кушнаренко КазМУ-дің осімдіктер физиологиясы мен биохимия кафедрасында арпа мен бидайдын үлпаларын іп уііго жағдайында осіріп, морфогенез бен регенерацияны зерттеді. Морфогенездін жиілігі мен типіне айтарлыктай әсер ететін фактор болып эпигенотип көрсетілді.

4. Жасанды коректік ортада өсірілетін клеткаларды өсімдіктер биологиясынын теориялык мәселелерін зерттеу үшін пайдалану

Клетка - организмнін негізгі күрылымдык және кызметтік бөлшегі болғандыктан, тіршілікке тән процестер мен кұбылыстардын кандайын болмасын клетка деңгейінде зерттеуге болады. Сондыктан, іп уііго жағдайында өсетін клеткалар мен ұлпалар биологиянын түрлі салаларында теориялык мәселелерді аныктау үшін пайдаланылады. Олар өсімдіктер метаболизмінін және оның реттелуін, өсу және даму процестерін зерттеу үшін тені жок модель болып есептеледі. Іп уііго жағдайында өсірілетін клеткалар баска үлпалардын, тіпті мүшелер мен бүтін организмнін ыкпалынан тыс болады. Сол себептен мүндай клеткаларды пайдаланып барлык процестерді «таза» түрінде зерттеуге болады.

Бүл әдістін кұндылығы - өсу жағдайларын катал бакылауға болады және әр түрлі химиялык, физикалык сырткы факторлардың әсерінін тиімділігін арттыруға мүмкіншілік береді. Тәжірибелік объектілерді жыл бойы үздіксіз өсіруге болады. Клеткаларды асептикалык жағдайда өсіргендіктен, оларға микроорганизмдер тарапынан ешбір әсер (артефакт) болмайды.

Осы атап өткен артыкшылыктар, іп уііго жағдайында өсетін клеткаларды табиғи күйге жакын биологиялык модель ретінде колданып, өсімдіктер физиологиясы, биохимиясы және генетикасынын біркатар мәселелерін зерттеуге мұмкіншілік береді. Клеткаларды эксперименттік модель ретінде пайдалану үшін, олардын жаксы өсуіне колайлы жағдай туғызу кажет. Сонда ғана клеткалардың іп уіуо күйіне тән геңдер экспрессиясы іп уііго жағдайында да өтеді, яғни олардын бүтін организмдегі клеткалардан айырмашылығы жоктың касы деуге де болады.Өсімдіктен бөлініп алынған клеткалар бүтін организмге тән механикалык және физико-химиялык корғаныштык жүйелерінен және клеткааралык әрекеттесуліктен айырылады. Сондыктан олар кез келген әсерге өзінін «жауап реакциясын» тікелей көрсетеді. Сөйтіп, клеткалар күйін ең алғашкы карапайым процестердің деңгейінде зерттеуге болады.

Сонымен катар, ғылыми зерттеулер жүргізу үшін бастапкы өсімдіктерден анағүрлым айырмашылыктары бар, жасанды түрде өзгертілген клеткалар, яғни мутанттар өте бағалы. Мутагенез бен клеткалык селекция әр түрлі белгілері бар мутант клеткалар линияларын шығаруға мүмкіншілік береді. Мысалы, метаболизмі немесе морфогенезі өзгерген мутанттар. Қазір іп уігго жағдайында шығарған метаболиттік мутанттардын саны көбеюде. Негізгі және косымша метаболизмдерді зерттеуге, жеке ферменттердің кызметін арттыру немесе тежеу аркьглы зат алмасу процесінін реттелуін және әр түрлі факторлардын метаболизмге әсерін аныктауға өсірілетін клеткалар колданылады.

Өсу, дифференциялану және морфогенез процестерінің мәнін ұғу физиологиянын ең бір манызды мәселесі. Оларды молекулалык биология мен генетика әдістерін колданып іп уііхо жағдайында өсірген клеткаларда зерттеуге өте ынғайлы. Сол модель-клеткаларында әр түрлі сырткы (температура, жарык, гравитапия) және ішкі факторлардын, әсіресе фитогормондардын клеткалардын бөлінуіне, созылып өсуіне, дифференциялануына және морфогенезге ыкпалы зерттеледі. Мысалы, гормондардың әсерін және онын механизмін зерттеу үшін әр түрлі модельдер пайдаланыладың протопластар, жеке клеткалар, үлпалар, мүшелер, регенерант өсімдіктер. Гормондардын кызметін және ыкпал ету механизмін зерттеуге өте колайлысы - гормонсыз өсетін клеткалар, яғни гормондарға тәуелсіз (прототрофты) клеткалар. Мүндай клеткалар мутагенез бен клеткалык селекция аркылы пайда болады, немесе ұзак өсірген каллустан шығады. Сонымен катар, ісік клеткалары да өсу ұшін гормондарды кажет етпейді.

Іп уіуо немесе іп уііго жағдайында болсын, дифференциация мен морфогенезді зерттеудегі негізгі әдістемелік тәсіл ол физиологиялык эксперимент. Онын барысында бакылау және тәжірибе варианттары жан-жакты зерттеліп, морфогенездік өзгерістерге түрткі боларлык факторлар және сол морфогенездік реакциялардын өту мезгілі аныкталады. Организмнін даму процесіндегі генетикалык информациянын іске асу мерзімін іц уііхо жағдайьшда әр түрлі сырткы факторлардың әсерімен пайда болған морфогенетикалык мутанттарды колданып аныктауға болады. Морфогенетикалык мутанттарда нормалы морфогенездің кейбір кезендерінін өтуіне бөгет ететін кемістіктері (дефекттері) болады. Мысалы, сабак, не жапырак, немесе тамыр түзе алмайтын темекі каллустары бар. Сондай-ак каллустан шыккан кейбір регенерант өсімдіктердін гүлдеуге кабілеті болмайды. Осындай кемістігі бар клетка клондарын биохимиялык түрғыдан зерттеу -морфогенез процесінің түп мәнісін ашудың бірде бір жолы.

Ісік клеткаларынын өсу заңдылыктарын зерттеу үшін ыңғайлы биологиялык модель кажет. Ісік клеткаларды өсіру әдісі сондай модель жасауға мүмкіндік береді. Ісік үлпанын күрылымдык және метаболиттік ерекшеліктерін білу үшін оны сау үлпалармен салыстыру керек.

Өсімдік клеткаларыньщ физиологиясын зерттеу үшін протопластар өте колайлы. Протопластарды өсіре отырып, клетка кабығынын күрамы мен күрылымын, бүрынғы калыпына келуі мен өсуінін механизмдерін және оған гормондар мен баска факторлардың әсерін аныктайды. Сонымен катар, протопластар плазмалемманың күрамы мен қүрылысын және ол аркылы заттардын тасымалдануын зерттеуге колданылады. Протопластар клеткааралык әрекеттесуді нормада және онын гормондар, патотоксиндер, ингибиторлар ыкпалымен өзгеруін зерттеу үшін де колайлы модель. Протопластарды суға салса олар жарылады, сонын аркасында клетка ішіндегі органоидтарды бөліп алуға болады. Мысалы, осы әдіспен ғана бүзылмаған тонопласты (вакуольді коршаған мембранасын) таза түрінде бөліп алуға мүмкіншілік туды. Бүрын клетканың органоидтарын бөліп алу үшін дағдылы әдістерді колданғанда вакуоль мен онын мембранасы ылғи бүлінуші еді.

Клеткалар және регенерант өсімдіктер фотосинтез процесінін өнімділігін және оның генетикалык реттелуін аныктауға өте колайлы модель. Клеткалар іп ұііго жағдайында үйымдаспай өскен кезде фотосинтез процесіне байланысты бірталай генетикалык өзгерістерге үшырайды. Аяғында бүл өзгерістер сондай клеткадан шыккан регенерант өсімдікке де даруы мүмкін. Сондыктан, өсірілетін клеткалар фотосинтездік әрекет және онын өсімдік өнімділігіне, жалпы түсімге косатын үлесін зерттеуге өте колайлы.

Іп уігго жағдайында өсірілетін клеткалар сомалык клеткалардың генетикасын зерттеуге де өте ынғайлы. Бүнда интакт өсімдіктерден алынған клеткалармен катар клеткалык және гендік инженериянын әдістерімен шығарылған, табиғатта бүрын болмаған клеткалар модель ретінде колданылады. Сол әдістермен ядролар, хлоропластар және митохондриялар әр килы гоптастырылып, әр түрлі генетикалык информация иеленген сомалык будан клеткалар жасалады.

Өсімдіктердін түрлі колайсыз факторларға (жоғары және төмен температура, топырактын түздануы, иондайтын рентген сәулелері т.б.) төзімділігін іп уііго жағдайында өсірілген клеткаларды модель ретінде пайдаланып зерттейді. Фитопатологияның түрлі кубылыстары, ауру өсімдіктін физиологиясы мен биохимиясы, онын патогенмен әрекеттесуі де сондай модельдерде зерттеледі. Бүл тәсілмен клетканын патогеннін әсеріне төтеп берерлік реакциясын байкауға болады.

Сонғы жылдары іп ұііго жағдайында өсіретін клеткаларды колданатын тағы бір ғылым саласы калыптасуда, ол космостык биология. Осы кезге дейін өсімдіктерді космос станциясында өсіру үшін колданылатын әдістер мен аспаптар олардын табиғи ерекшеліктеріне сай келмейді. Космоста жеке клеткаларды өсіру, олардың өсу мен даму процестерін реттеу және бакылау бутін өсімдіктерді өсіруге карағанда едәуір ыңғайлы. Жоғары сатылы өсімдік клеткаларын космостык тәжірибелерде объект ретінде колданғанда, олардын мынадай артыкшылыктары бар: 1) өсіру онай; 2) клеткаларды даму процесінін кандай да болмасын кезеңінде пайдалануға болады мысалы, сомалык немесе жыныс клеткалары, клетка топтары, дифференцияланған клеткалар, органогенез, эмбриоидогенез жолымен дамитын клеткалар т.с.с.

Казак ғарышкерлері Токтар Әубәкіров пен Талғат Мүсабаев космоска үшкан кезде бидай, жүгері, картоп клеткаларымен тәжірибе өткізген. Космостык станцияда клеткаларды өсірген кезде, оларда барлык негізгі тіршілік процестері өтеді екен. Атап айтканда: протопластар кабығын түзіп бөліне бастайды, суспензиядағы клеткалар бөлініп көбейеді, каллус клеткалары