Мозаичные растения и растения-химеры

Рис. 3 Citrus 'Bizzaria'

Культура тканей стала важным инструментом при размножении растений в течение последних лет. Однако, по наблюдениям, сделанным в исследовательских работах и в коммерческой практике микроразмножения, регенеранты часто отличаются от исходного родительного фенотипа. Вариабельность имеет существенное значение при коммерческом применении технологий in vitro. В некоторых случаях не очень ясно, возникает ли вариабельность при размножении через пазушные или адвентивные почки. При микроразмножении химерных растений, различие в происхождении почки может быть установлено по внешнему виду побегов из адвентивных почек. Кроме того, это можно сделать, если попытаться проанализировать клеточные слои, вовлеченные в формирование адвентивных побегов in vitro на результирующем фенотипе.

Организация апексов большинства двудольных соответствует схеме туники-корпуса, предложенной Schmidt. Согласно этой схеме, меристематический участок выше самого молодого листового примордия, организован в две зоны клеток, которые отличаются по плоскости деления клеток. Внешняя зона может иметь один или несколько слоев, в которых деление происходит в антиклинальном направлении. Формирующаяся клеточная пластинка ориентируется перпендикулярно к поверхности меристемы и таким образом поддерживается целостность каждого из слоев туники. Внутренняя зона, или корпус, не разделена на слои как туника, и инициалии делятся как в антиклинальной, так и в периклинальной плоскости.

Туника может варьировать от одного до нескольких слоев в зависимости от вида. Инициалии в тунике дают клетки для поверхностных тканей побега, в то время как инициалии корпуса дают материал для внутренних тканей побега. Генотипы в пределах слоев (или гистогенов), обычно довольно стабильны. Однако, картина может изменяться из-за случайных периклинальных делений в пределах туники. LI генотип может переместиться в положение LII. LII может переместиться LIII и т.д. Размещение клеток в пределах меристемы, в которой происходит перемещение, определяет степень фенотипического проявления признаков. Если замещение происходит около апикального купола, изменение может быть включено в последующие клетки, следующие из деления апикальных инициалий, и фенотип может измениться. Однако, если замещение или перестройка происходят в краях меристем, где клеточных делений меньше, тогда фенотип может изменяться в только одном секторе побега, листа, или области одного листа.

Тот же самый сценарий может быть и у меристем адвентивных побегов. Меристема побега может включать все, некоторые, или не включать клетки любого генетического компонента химеры. В таких условиях могут формироваться периклинальные, мериклинальные или секторные химеры в адвентивных побегах. Нехимерные побеги могут возникать как продукт любого из генотипических компонентов химеры. Здесь нужен генетический анализ этой химеры. Для наблюдаемх химер получение разнокачественных адвентивных побегов это инструмент, чтобы изучить локализацию тканей химеры и гистогенез побега.

Химерные растения могут возникать при прививке, в результате спонтанных мутаций, индуцированнго мутагенеза, пересортировки смешанных прививок, регенерации из смешанных каллусных культур, или как продукт слияния протопластов .Один из самых ранних описанных случаев получения прививочных химер - это сорт цитрусовых 'Bizzaria', который возник в конце 17-го века после того, как отросток кислого цитруса был привит на подвой цитрона. Огромное большинство химер с пестрыми листом возникло из-за спонтанных ядерных или пластидных мутаций. Чтобы стимулировать цитохимеры у плодоносящих растений широко использовался колхицин.

Рис.4

Структурная классификация химер включает периклинальные, мериклинальные и секторные химеры. Периклинальные более устойчивы, расположение на побеге как "рука в перчатке", области туники-корпуса. Мериклинальные химеры - тип периклинальных, где мутировала только часть слоя. Секториальная - когда мутантный целый сектор через все апикальные слои. Обычный метод описания генотипов областей туники и корпуса - использование сокращений L.I, L.II, и L.III, начиная с внешнего слоя. Второй слой туники вглубь и далее - корпус.

Photo 1. Citrus fasciata	Photo 2. Citrus fasciata	Photo 3. Citrus Consolei
Photo 4. Citrus medica	Photo 5. Citrus medica	Photo 6. Citrus medica

Факт, что побеги у периклинальных химер сохраняют иерархию апикальных слоев верхушечных апикальных меристем, означает, что производные апикальных слоев поддеривают свою позицию вниз через область инициации листьев. Значение этого явления состоит в том, что некоторые легко диагностируемые черты химеры, такие как изменение плоидности, мутанты по пластидам, и клетки "без шипов" (как у малины, например), могут очень эффективно действовать как маркерные гены при развитии вегетативного тела растения. Изучение цитохимер очень полезны для демонстрации онтогенетического происхождения различных тканей и органов тела растения. Хотя некоторые вариации наблюдаются, несколько общих мест могут быть выведены при изучении этих цитохимер, что касается онтогенеза листьев, стеблей, цветков и корней. Из слоя LI туники у двудольных обычно происходит только эпидермис. Из LII - гаметы и этот слой вносит вклад в формирование флоральных органов. Листья обычно происходят либо от LII или от LII вместе с LIII. Ствол и ткани корня возникают из LIII.

Известно, что при культивировании in vitro в течение некоторого времени существует тенденция к образованию периклинальных химер. Чтобы поддерживать исходные культивары при клональном микроразмножении желательно избегать сегрегации химер при работе.

Рис.5

Значительный интерес к химерам растений пришелся на конец 1800-х - начало 1900-х из-за необычных случаев "прививочных гибридов" типа 'Bizzaria' цитруса и Laburnocytisus adamii. В области экспериментального получения прививочных химер, основные работы были сделаны на Solanaceae . Чтобы получить прививочную химеру, отросток прививают и удаляют все почки, формируется каллус в месте прививки и из него получают побеги. Некоторые из этих адвентивных побегов могут быть химерными. Прививочные химеры химерны по многим признакам.

Этот метод перспективен для создания вететативным путем устойчивых к болезням или насекомым сортов растений. Например, получение устойчивых к белокрылке прививочной химеры Solanum pennellii + Lycopersicon esculentum.

Основное требование при прививке и в культуре тканей, чтобы получить химерную меристему, адвентивные почки должны возникнуть совместно от отдельных генотипов.

Методология культуры тканей обеспечивает удобный способ разделения растительных химер на их составляющие генотипы. Создает условия, при которых формируются адвентивные побеги (лист или культура каллуса, суспензионная культура, высоэффективное рост побегов) стимулируют разделение генотипипов у химер. Эта генотипическая сегрегация может подтверждать химерный характер рассматриваемого сорта, и может позволять делать выводы относительно онтогенеза in vitro формирование адвентивных побегов. Надежное микроразмножение химер, хотя трудно, но может быть выполнено при соответствующих условиях. Перестройка существующих химер и получение новых химер не часто достигается методами in vitro, но может обеспечивать возможность создать новые фенотипы вегетативными методами.

Ярким примером химеры комнатного растения служит узамбарская фиалка (сенполия)

Каждый лепесток имеет по центру четкую белую или хорошо насыщенную пигментами полоску. Это фиалки - "химеры". В данном случае под определением "химера" понимают растение с особенным цветом цветов, обусловленным индивидуальным строением клеточной ткани. "Химера" - это растение-мутант, в котором существует два вида клеток с генетически различным строением. Так, известно, что двухцветность фиалок связана с изменением цитоплазматических структур пигментосинтезирующих клеток. У "химер" более упорядоченное (послойное) расположение таких клеток, поэтому их размножение возможно при условии полного сохранения сформированной ткани. Осуществить это удается лишь пасынками или верхушечными черенками. Если использовать фиалку-"химеру" как маточник для размножения половым (семенным) способом, то образуется очень много разных вариантов. Когда же её размножают листовыми черенками, новые растения будут иметь хаотический рисунок цветков.

Фото 7

Прививочная химера: + Digitomyrtillocactus cv. Nevárez

Химера появилась в результате прививки ареолы от растения Digitostigma caput-medusae на Myrtillocactus geometrizans. Растение имеет некоторые ареолы, состоящие из тканей Digitostigma, а другие - наполовину из Digitostigma, наполовину из Myrtillocactus. Ниже некоторые фотографии:8-11.

Фото 8.

Фото 9.

Это нестабильная химера, демонстрирующая реверсию к Digitostigma: фото 12.

Фото 10.

Фото 11.

Фото 12