Кіріспе
Өсімдік каллисі (көпше түрінде каллистар немесе калли) – ұйымдаспаған өсімдік паренхима жасушаларының өсіп келе жатқан массасы. Тірі өсімдіктерде калюс жасушалары – өсімдік жарасын жабатын жасушалар болып табылады. Биологиялық зерттеулер мен биотехнологияда калюс пайда болуы өсімдік тінінің үлгілерінен (экспонаттар) беткі стерилизациядан және тінді культураға in vitro (петри табағы сияқты жабық культура ыдысында) егуден кейін шақырылады. Калюс пайда болуын немесе соматикалық эмбриогенезді бастау үшін өсу ортасына ауксин, цитокинин және гиббереллин сияқты өсімдік өсу реттегіштері қосылады. Калюс басталуы құрлықтағы өсімдіктердің барлық негізгі топтары үшін сипатталған.
Plant callus (plural calluses or calli) is a growing mass of unorganized plant parenchyma cells. In living plants, callus cells are those cells that cover a plant wound. In biological research and biotechnology callus formation is induced from plant tissue samples (explants) after surface sterilization and plating onto tissue culture medium in vitro (in a closed culture vessel such as a Petri dish). The culture medium is supplemented with plant growth regulators, such as auxin, cytokinin, and gibberellin, to initiate callus formation or somatic embryogenesis. Callus initiation has been described for all major groups of land plants.
Калл индукциясы және тін культурасы
Барлық негізгі құрлықтағы өсімдіктер тобын қамтитын өсімдік түрлері тінді өсіруде калюс түзе алатыны көрсетілді. Калюс клеткалық өсірілімдері әдетте гель тәрізді ортада сақталады. Калюс индукциялық ортасы агардан және берілген жасуша түрі үшін макро және микроэлементтердің қоспасынан тұрады. Өсімдік тіндерін өсіруде қолданылатын базалық тұз қоспаларының бірнеше түрі бар, бірақ ең танымалдары – өзгертілген Мурашиге және Скоуг ортасы, Уайт ортасы және ағаш тәрізді өсімдіктерге арналған ортасы. Өсімдіктің өсуін күшейту үшін Гамборг В5 витаминдері сияқты витаминдер де қосылады. Өсімдік жасушалары үшін азот, фосфор және калиймен толықтыру ерекше маңызды. Өсімдік калюсі көбінесе соматикалық тіндерден алынады. Калюс құруды бастау үшін қолданылатын тіндер өсімдік түріне және эксплант өсіруге қолжетімді тіндерге байланысты. Калюс пен соматикалық эмбриондарды тудыратын жасушалар әдетте қарқынды бөлінеді немесе жартылай дифференциацияланбаған, мысалы, меристемалық тіндер. Алайда, люцернада (Medicago truncatula) калюс пен соматикалық эмбриондар дедифференциацияға ұшырайтын мезофилл жасушаларынан пайда болады. Өсімдік гормондары калюс өсуін бастау үшін қолданылады. Калюс пайда болғаннан кейін, гормондардың концентрациясы ортада каллдан тамыр түзілуіне, өркеннің өсуіне немесе соматикалық эмбриогенезге көшу үшін өзгертілуі мүмкін. Содан кейін калюс тіні одан әрі жасушалық өсуге және дифференциациялануға ұшырайды, нәтижесінде тиісті органдардың бастамалары пайда болады. Толық дамыған органдарды жаңа, жетілген өсімдіктерді жаңарту үшін пайдалануға болады.
Морфология
Өсімдік тіндеріндегі культуралық ортадағы ауксин мен цитокининнің нақты арақатынасы, ұйымдаспаған, өсіп, бөлінетін каллус жасушаларының массасын тудырады. Каллус мәдениеттері көбінесе тығыз немесе ұсақ деп жіктеледі. Тығыз каллустар әдетте жасыл және берік болады, ал ұсақ каллустар ақтан сары түске дейін, оңай ыдырайды және жасуша суспензиясы мәдениеттерін және соматикалық эмбриондарды жасау үшін қолданылуы мүмкін. Жусан (мақұны) дақылдарында, бұл екі каллус түрі I тип (тығыз) және II тип (ұсақ) деп аталады. Каллус тікелей органогенез және/немесе эмбриогенез процесінен өтуі мүмкін, онда жасушалар толығымен жаңа өсімдік құрайды.
Калл жасушаларының өлімі
Калл өсіру кезінде қоңырланып, өледі, негізінен фенолды қосылыстардың тотығуынан. Jatropha curcas каллының жасушаларында кішкентай, ұйымдасқан калл жасушалары қоңырланғаннан кейін ұйымдаспай, әртүрлі өлшемге ие болды. Қоңырлау эксплант тіндері мен эксплант секрецияларындағы тотығу және фенолды қосылыстармен де байланысты. Күріште болса, сктелляр каллустың пайда болуына жағдай жасау, нəтижесінде некрозға да алып келуі мүмкін.
Қолданылуы
Калл жасушалары міндетті түрде генетикалық жағынан біртекті болмайды, себебі калл көбінесе жеке жасушалардан емес, құрылымдық тіндерден жасалады. Дегенмен, калл жасушалары стандартты ғылыми талдау жүргізу үшін бір нысанға қарағандай жеткілікті ұқсас деп есептеледі. Мысалы, экспериментте каллдың жартысы сынаптық топ ретінде емделуден өтеді, ал қалған жартысы бақылау тобы сияқты ұқсас, бірақ әсер етпейтін емделуден өтеді. Көптеген түрлі жасушалардан алынған өсімдік каллы өсімдік гормондарының өсірілім ортасына қосылуы арқылы қайта жаңғыру процесі арқылы толық өсімдікке айналуы мүмкін. Бұл қабілет тотипотенттілік деп аталады. Фольке Скоуг пен Карлос О. Миллердің темекінің тіндік бөлігін бастапқы эксплант ретінде пайдаланған классикалық эксперименті, өсірілім ортасына ауксин мен цитокининнің әртүрлі арақатынастарында қосымша заттар енгізудің, ауксин мен цитокинин арақатынасы жоғары болғанда тамырдың (ризогенез) қалыптасуына, екі гормонның тең мөлшерін қолдану каллдың өсуін күшейтуге, ал цитокининге қатысты ауксин мен цитокинин арақатынасын арттыру сабақтардың дамуына әкелетінін көрсетті. Бір жасушадан толық өсімдікті қайта өсіру трансгенді зерттеушілерге әрбір жасушада трансгеннің көшірмесі бар толық өсімдіктерді алуға мүмкіндік береді. Генетикалық түрлендірілген және түрлендірілмеген жасушалары бар толық өсімдіктің регенерациясы химераға әкеледі. Жалпы алғанда, химералар генетикалық зерттеулерде немесе ауыл шаруашылығында пайдалы емес. Гендерді биолистік бомбалау арқылы, сондай-ақ гендік тапанша немесе Agrobacterium tumefaciens арқылы калл жасушаларына енгізуге болады. Қызығушылық тудыратын генді алған жасушаларды өсімдік гормондарының комбинациясын қолдану арқылы толық өсімдіктерге қайта өсіруге болады. Алынған толық өсімдіктер гендік функцияларды анықтау үшін немесе заманауи ауыл шаруашылығы үшін өсімдіктердің қасиеттерін жақсарту үшін қолданылуы мүмкін. Калл микрокөбейтуде ерекше маңызға ие, онда оны қажетті қасиеттері бар өсімдіктердің генетикалық бірдей көшірмелерін өсіру үшін пайдалануға болады. Микрокөбейтудің өнімділігін, тиімділігін және экспланттардың тірі қалуын арттыру үшін микрокөбейту протоколын оңтайландыруға ерекше көңіл бөлінеді. Мысалы, тотипотенттілігі төмен жасушалардан құралған экспланттарды қолдану жеткілікті көлемдегі калл алу үшін қажетті уақытты ұзартуы мүмкін, бұл эксперименттің жалпы ұзақтығын арттырады. Сол сияқты, әртүрлі өсімдік түрлері мен эксплант түрлеріне каллдың индукциясы және одан кейінгі органогенез немесе эмбриогенез үшін нақты өсімдік гормондары қажет – жүгері каллын қалыптастыру және өсіру үшін ауксин 2,4-дихлорофеноксиуксус қышқылы (2,4-D) 1-нафталинүксус қышқылынан (NAA) немесе Индол-3-уксус қышқылынан (IAA) жоғары болды, ал ауксин Индол-3-маслян қышқылын (IBA) қолданғаннан кейін құлпынай экспланттарында каллдың дамуы тежелді, бірақ IAA емес.
Тарих
Анри Луи Духамель дю Монсо елім ағаштарындағы жараның жазылу реакцияларын зерттеді және тірі өсімдіктерде каллус пайда болуын алғаш рет хабарлады. 1908 жылы Э. Ф. Саймон тамыр және бүршіктер дамытқан тополь сабағынан каллус тудыра алды. 1939 жылы үш тәуелсіз зерттеуші каллустың ин-витро жағдайында индукциялануы туралы алғашқы хабарламаларды жасады. П. Уайт гормондық қосымшаны қажет етпейтін Nicotiana glauca гибридінің ісік дамытатын прокамбиальды тіндерінен алынған каллусты индукциялады. Гаутерэ мен Нобекур ауксин гормоны қосып, морковканың каллус культурасын сақтап тұруға қол жеткізді.