Проект Роберта Велленса "Succulent Tissue Culture" - тканевая культура суккулентов
Лапшин Петр
Электронный журнал "Культивар" (www.lapshin.org/cultivar), №5(21), 2003

Лаборатория "Succulent Tissue Culture" (STC) расположена в Нидерландах в Штейнбергене, к югу от Роттердама: Laboratory Address / Visiting address: Succulent Tissue Culture, Kort Eind 3, 4651 PE Steenbergen, The Netherlands. Phone/fax : (+) 31-113-556001. E-mail : wellens@succulent-tissue-culture.com

Photo 1

В рамках проекта STC проводятся работы по размножению с использованием технологии in vitro редких и исчезающих видов кактусов и других суккулентных растений. Также STC проводит исследования возможности выращивания in vitro различных видов декоративных растений помимо суккулентов: срезочных цветов, горшечных, редких декоративных растений, таких как каудексные тропические виды (диоскорея, стефания и др.). Много декоративных растений были выращены для заказчиков по всему миру. В настоящее время STC работает с более чем 80 видами декоративных растений и это число быстро растет.

На рис. 1-5 изображены некоторые растения из коллекции STC. Многие из них были получены в культуре in vitro и высажены в грунт 3-7 лет назад. Большинство из них сейчас взрослые, цветущие растения, которые хорошо адаптированы к условиям теплицы.

Photo 2	Photo 3

Кроме того STC получает гаплоиды и полиплоиды у сельскохозяйственных растений, для последующей работы селекционеров. Гаплоиды - это организмы, содержащие одну копию генетического материала вместо двух, как у любого нормального (диплоидного) организма. Полиплоиды - организмы, содержащие более двух копий генетического материала (триплоиды - три набора; тетраплоиды - четыре и т.д.). Гаплоиды представляют интерес для селекции с той точки зрения, что не содержат рецессивных, т.е. "молчащих" генов, это позволяет проводить работы по традиционной селекции с более предсказуемым результатом. Полиплоиды часто характеризуются более высокой продуктивностью по сравнению с нормальными диплоидными особями, что также имеет значение как для селекции, так и для непосредственного сельскохозяйственного производства.

Photo 4

Технология in vitro ("в стекле") - это совокупность методов, сверхэффективного вегетативного размножения растений, позволяющая восстанавливать целые растения из очень маленьких отдельных фрагментов любых органов и тканей, в том числе: стеблей, листьев, кончиков корней, цветков, лепестков, тычинок, пыльцы и т.д, которые обычным образом не способны развиваться в целое растение. Основная идея заключается в том, что существует принципиальная возможность регенерации целого организма из отдельной клетки (свойство тотипотентности). Вопрос только в том, как создать такие условия.

В 30-х годах 20-го века французу Рене Готре удалось создать условия для неограниченно долгого поддержания неорганизованно растущей (каллусной) ткани моркови. Эти культуры поддерживаются в лаборатории до сих пор. Биотехнология растений проделала огромный путь. В России основоположником этого научного направления является Раиса Георгиевна Бутенко, возглавлявшая отдел Билогии клеток и биотехнологии в Институте физиологии растений Российской академии наук в Москве.

Photo 5. Lophophora williamsii

Технологии in vitro получили бурное развитие с 60-х годов 20-го века, что было связано с успешными работами в области молекулярной генетики. Культура клеток и тканей растений в настоящее время широко используется как вспомогательные методики при генноинженерных манипуляциях с растительными тканями.

Кроме генной инженерии технологии in vitro нашли широкое примерение как один из высокоэффективных методов в селекционном процессе, позволяющий преодолевать многие биологические барьеры скрещивания отдаленных организмов. Также работа с использованием этих методов полволяет ускорить селекционный процесс во много раз. Можно отметить сравнительную легкость и быстроту отбора на уровне культивируемых клеток после воздействия на них какими-либо селективными факторами.

Одним из широко распространенных применений культуры клеток и тканей является использование их для непосредственного вегетативного размножения растений - так назваемое микроклональное размножение растений. Методы in vitro позволяют с высокой эффективностью размножать редкие и плохо поддающиеся размножению в обычных условиях виды растений, а также размножать единично полученные уникальные мутанты и гибридные экземпляры. С помощью этих методик можно получать до миллиона растений в год из одной меристемы (почки). Лаборатория STC занимается как раз микроклональным разножением суккулентных и других декоративных растений, а также получением мутантов, обладающих повышенной декоративностью, например пестролистных форм растений.

Photo 6. Aloe compressa v.Schistophylla variegata	Photo 7. Yucca sp. Illinois variegata	Photo 8. Gymnocactus subterraneus cristate in vitro	Photo 9. Gymnocactus subterraneus cristate in vitro

В условиях in vitro в лаборатории STC были получены пестрые (variegata) и кристатные формы у суккулентных растений. Индукция вариегатности получена у таких однодольных растений, как Aloe, Yucca и Haworthia. Это Aloe compressa v. Schistophylla variegata (рис. 6). Другим примером индукции пестролистности in vitro является Yucca sp. из Иллинойса (еще не получила названия) - см. рис. 7. Полученные в STC пестролистные формы будут позже доступны для продажи, и STC продолжает эксперименты в этом направлении еще на нескольких видах растений.

STC достигла успеха в стимулировании кристатной формы роста у кактусов in vitro: Gymnocactus subterraneus "cristate" (рис. 8 и 9).

Photo 10. Каллусные ткани Haworthia в чашках Петри	Photo 11. Стерильная работа в ламинаре	Photo 12. Растения на искусственной питательной среде (Uebelmannia buiningii)	Photo 13. Микроклональное размножение Aloe compressa v.schistophila

Photo 14. Пробирочная культура Канны

Неорганизованно растущая (каллусная) ткань (рис. 10) состоит из клеток, которые хаотично и неограниченно делятся и теоретически, какждая из них в соответствующих условиях может дать начало целому организму. Поэтому обработка мутагенами, стимулирующими изменения генетического аппарата с последующей селекцией к интересующему исследователя фактору, может давать быстрый результат, недостижимый или трудно достижимый обычными методами. Отличительной особенностью методов in vitro от традиционного вегетативного размножения является использование искусственных сбалансированных по минеральным солям и витаминам питательных сред (часто содержащих гормоны, направляющие развитие клеток в ту или иную сторону) и работа в стерильных условиях, не допускающих развития грибной и бактериальной микрофлоры, которая конкурирует с растительными клетками за субстраты и подавляет их рост. Поэтому работы с растениями проводят в стерильных боксах или в закрытых "ламинар" столах, куда подается стерильный воздух (рис. 11). Сами растения (или их ткани) содержат в герметично закрытых сосудах, не допускающих попадание микроорганизмов (рис. 12-15). На дне сосуда находится питательная среда с агаром, придающим ей механическую прочность и опору для растений. Сосуды с растениями размещают с специально оборудованных помещениях с регулируемым микролиматом: температурой, влажностью, освещенностью и фотопериодом (рис. 16).

Photo 15. Микроклональное размножение Agave	Photo 16. Помещение с растениями in vitro

Исторически сложилось, что модельным объектом при разработке методов in vitro чаще всего являлся табак - Nicotiana tabacum. Это растение очень пластично в культуре in vitro и именно на нем обычно отрабатывают новые методики. Например, наиболее удачная и распространенная питательная cреда для культивирования тканей in vitro была составлена Тошио Мурасиге и Фольке Скугом с 1962 году именно для табака. Однако в прикладной науке основные работы с использованием методов in vitro проводились на объектах, представляющих непосредственный интерес для сельского хозяйства или других областей человеческой деятельности. Суккулентные растения такими объектами не являются и представляют в большинстве случаев исключительно декоративный интерес. Поэтому повсеместной активной работы с ними не проводится.

В связи с этим проект Роберта Велленса "Succulent Tissue Culture" - это пионерская работа, заполняющая существенную брешь на современном уровне развития биологической науки.

Все фотографии, использованные в этой статье, взяты с сайта Succulent Tissue Culture с любезного разрешения Роберта Велленса.