Петр Лапшин, Москва, Россия

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

Фото 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 фото 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.

Фото 2	Фото 3

Фото 4

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.

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 Биологии клеток и биотехнологии в Институте физиологии растений Российской академии наук в Москве.

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 применение как один из высокоэффективных методов в селекционном процессе, позволяющий преодолевать многие биологические барьеры скрещивания отдаленных организмов. Также работа с использованием этих методов позволяет 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.

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 (фото 6). Другим примером индукции пестролистности in vitro является Yucca sp. из Иллинойса (еще не получила названия) - см. фото 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" (фото 8 и 9).

Неорганизованно растущая (каллусная) ткань (фото 10) состоит из клеток, которые хаотично и неограниченно делятся и теоретически, каждая 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 (фото 11). Сами растения (или их ткани) содержат в герметично закрытых сосудах, не допускающих попадание микроорганизмов (фото 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 микроклиматом: температурой, влажностью, освещенностью и фотопериодом (фото 16).

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 среда 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.