Genome variability of plant somatic cells. 1. Variability during ontogenesis

Abstract

Сделан обзор литературных данных о геномной изменчивости соматических клеток в онтогенезе высших растений. Проанализированы явления эндоредупликации генома на разных стадиях развития растений, избирательной репликации и деамплификации, сходство, различия и механизмы геномной изменчивости у разных растений, функциональ ное значение и возможные причины геномной изменчивости, а также регуляции этой изменчивости. Особое внимание уделено возможной ключевой роли гормональной сис темы в регуляции геномной изменчивости в онтогенезе высших растений.Введение. Непостоянство, изменчивость генома -фундаментальное свойство организмов. Это явление, его причины и, особенно, механизмы вызывают неослабевающий интерес исследователей. В данной области имеется большой экспериментальный материал, опубликован ряд обзо ров и монографий [1][2][3][4][5]. Есть и обобщающие работы, в которых ос вещаются особенности геномной изменчивости и соматических клеток растений [6][7][8][9][10][11][12].Накопленные данные позволяют сегодня поставить вопрос о меха низмах регуляции геномной изменчивости и, в ряде случаев,-о воз можности экспериментального управления ею.Бурно развивающаяся современная биотехнология растений осно вана на использовании результатов экспериментальных воздействий либо на целостный организм, либо на отдельные клетки. Такие воздей ствия приводят не только к получению прогнозируемых (заданных) свойств, но часто сопровождаются шлейфом разнообразных ненаправ ленных изменений, проявляющихся как при генетических, так и биохи мических и молекулярно-биологических исследованиях. Это особенно характерно для клеток, культивируемых in vitro. Что является причи ной и что лежит в основе повышения этой изменчивости? Можно ли ею управлять? Где ее истоки? Какова роль исходного материала и усло вий культивирования клеток? Эти и ряд других вопросов, относящихся к изменчивости растительных клеток, можно решить, по нашему мне нию, учитывая особенности геномной изменчивости, протекающей в це лостных растениях как в норме, так и после различных воздействий. Рассмотрим эти особенности в настоящем обзоре на примере геномной изменчивости в онтогенезе.Эндоредупликация генома. В 30-х гг. нашего столетия было пока зано, что закон постоянства числа хромосом, установленный Бовери, для растений справедлив, как правило, лишь в отношении меристематических клеток. Искусственное вызывание митозов в дифференциро ванных клетках иглоукалыванием, проведенное в это же время Графлем (цит. по [13]), показало, что разные ткани у различных видов рас тений состоят зачастую из полиплоидных клеток. Уже к середине 50-х гг. полиплоидизация тканей стебля и корня в онтогенезе растения была известна для более чем 130 видов 24 семейств [14J. На сегодня это явление описано для дифференцированных тканей подавляющего числа представителей высших растений [6,9,[15][16][17][18]. Рассмотрим эндоредупликацию генома детальней в динамике развития растения.

Comprehensive study of hormone-independent highly productive strain of Rauvolfia serpentina tissue culture as a source of indole alkaloids

“…It should be noted that the phenomena of increasing the content of nuclear DNA and the number of individual repeats in cells and cell polyploidization during differentiation in the course of plant ontogeny have long been proven. High level of polyploidization is especially typical of highly differentiated cells and storage tissues (see for review [3,9]). Nevertheless, the issue of the relationship between the ploidy level of cultured cells of different plant species and the amount of accumulated BAC, and the overall produc ti vi ty of cultured tissue obviously requires further study.…”

“…The in vitro tissue culture allows researchers to produce aseptic biomass, enriched in secondary metabolites in environmentally-friendly way, over the whole year, with no harm to biodiversity. Furthermore, optimization of culture conditions for undifferentiated cell growth in vitro may notably increase the productivity of tissue culture in terms of target BACs [3,[6][7][8][9][10].…”

“…Especially productive and technological was the strain K-27, which was created using the treatment of cultured tissues with the chemical mutagen ethylene imine followed by the longterm supporting selection on a specially develo ped growth regulator-free media. The genealogy of the К-27 strain of R. serpentina, the details of its establishment and culturing along with the characteristics and peculiarities were reported earlier [3,[7][8][9]. Over more than 35 years, this strain was stable in terms of both productivity, genetic and cytological characteristics, being grown on both liquid and solid media of various composition with or without different organic additives [16,17,26,[18][19][20][21][22][23][24][25].…”