2.2. Цитокініни

Відкриття цитокінінів пов'язане з дослідженнями культури тканин. Ще в 1950—1955 рр. було виявлено, що клітини калусу в стерильній культурі через певний проміжок росту на поживному середовищі припиняють поділ.

С. Міллер та Ф. Скуг (Вісконський університет, США) намагалися зумовити проліферацію зрілих серцевинних клітин тютюну іn vitro. В інтактних рослинах ці клітини збільшуються в розмірах, але ніколи не переходять до поділу. Якщо ж у середовище ввести кокосове молоко, вони починають ділитися. Випробовуючи різні сполуки, Ф. Скуг помітив, що аденін за наявності ауксинів дещо стимулює клітинний поділ. Було перевірено нуклеїнові кислоти, до складу яких входить аденін, і виявлено, що, додаючи до поживного середовища похідні ДНК, можна відновити поділ клітин.

У 1956 р. було виділено активне начало (6-фурфуриламінопурин), що зумовлює поділ клітин, яке одержало назву кінетин. Хоча в рослинних тканинах кінетин не ідентифіковано, виявилося, що речовини з подібною біологічною активністю широко поширені у рослин. Їх назвали щтокініни. Цей термін має фізіологічний, а не хімічний зміст. Цитокінін являє собою речовину, що стимулює поділ клітин в культурі калусної тканини рослин, яка росте на поживному середовищі з необхідними речовинами органічного і мінерального походження за наявності екзогенного ауксину в оптимальній концентрації. Лише в 1963 р. Д. Летам виділив з недозрілого насіння кукурудзи природний цитокінін, який назвав зеатин. Пізніше Р. Захау (1966), а потім і Ф. Скуг ідентифікували зеатинрибозид і встановили, що цитокініни присутні в усіх видах тРНК. Цитокініни виявлено в різноманітних рослинних тканинах. Особливо багаті на них верхівки коренів, ксилемний сік, проростаюче насіння, дозріваючі плоди, пухлини корончатих галів, що виникають внаслідок зараження Agrobacterium tumefaciens. Досить високий вміст цитокінінів у кореневих бульбочках азотфіксуючих організмів.

Подібні речовини виявлено у різних мікроорганізмів, водоростей, папоротей, мохів, хвощів і вищих рослин. Зеатин вважають найактивнішим із природних цитокінінів, хоча тепер вже синтезовано і більш активні сполуки (рис. 3).

Рис. 3 Цитокініни

Найбільш багаті на цитокініни недозрілі плоди та насіння, а також меристеми. Основне місце синтезу — апікальні меристеми кореня (рис. 11.13). Є дані, що вони синтезуються також у дозріваючих плодах і насінні. Цитокініни, які присутні в тРНК, синтезуються в усіх живих клітинах рослин, в таких компартментах, як цитоплазма і хлоропласти, а можливо, і в мітохондріях. Із кореня цитокініни, найімовірніше, пасивно транспортуються в надземні органи по ксилемі. Основною транспортною формою цитокінінів є зеатинрибозид. Щодо цитокінінів, які синтезуються в інших частинах рослини, то вони, можливо, і не транспортуються [16].

Подібно аденіну, природні цитокініни трапляються у формі рибонуклеозидів і рибонуклеотидів, які, можливо, є попередниками її вільних цитокінінів. Зв'язані цитокініни у вигляді риботидів чи ри­бозидів являють собою транспортні та запасні форми. В наукових дослідженнях широко використовуються синтетичні цитокініни типу кінетину та бензиламінопурину, бо чим активніший природний цитокінін, тим важче його одержати.

Рослинні тканини здатні розщеплювати цитокініни, що спричи­няє втрату їх активності. Фермент, який каталізує даний процес, виділений із насіння кукурудзи; він активний лише в присутності кисню, тому його назвали цитокініноксидаза.

Існують різноманітні біотести цитокінінів, які основані на:

• здатності цитокінінів стимулювати ріст клітин розтягуванням у ізольованих листків або сім'ядолей, наприклад у редиски;

• стимуляції росту водяних рослин;

• прискоренні росту відрізків стебла або колеоптилей;

• здатності індукувати поділ клітин в культурі іn vitro;

• неспецифічній властивості затримувати процеси старіння листків;

• здатності стимулювати біосинтез пігментів, наприклад хлорофілу в сім'ядолях огірків.

Фізіологічна дія цитокінінів. Відомо різноманітні фізіологічні ефекти цитокінінів, проте всі їх можна умовно розділити на дві групи:

• стимуляція поділу клітин та їх диференціювання;

• затримка процесів старіння.

Цитокініни індукують поділ клітин, однак обов'язково за наявності ауксинів. Вони діють як специфічні стимулятори мітозу. Цитокініни мають істотне значення в процесах диференціювання клітин та органогенезу в культурі тканин. Так, в калусній тканині серцевини тютюну відповідні концентрації ауксинів і кінетину зумовлюють утворення коренів або бруньок. За високих концентрацій ауксину формуються корені, а кінетину — бруньки. Якщо обидва гормони в однаковій кількості, в калусі формуються недиференційовані клітини [7].

В основі ростових ефектів цитокінінів лежить насамперед процес прискорення клітинного поділу, пов'язаний з посиленим синтезом ДНК. Вони індукують утворення бруньок, можуть спричинити розпускання бруньок, загальмованих ауксином, а також проростання насіння.

Під впливом цитокінінів відбувається загальна стимуляція обміну речовин, насамперед синтезу РНК і білків. Цитокініни затримують старіння, оскільки сприяють процесу підтримки певного рівня білків і нуклеїнових кислот, можливо, шляхом зниження швидкості розпадання їх, а також у результаті збереження цілісності клітинної мембрани.

Подібно ауксинам, цитокініни проявляють атрагуючу дію, тобто посилюють пересування речовин до збагачених ними тканин.

Цитокініни відвертають розпад хлорофілу та деградацію структур в ізольованому листку. Вони впливають на ультраструктуру хлоропластів, утворення в них мембран і гран, тому їх присутність є необхідною умовою нормального розвитку листка та підтримки його атрагуючої здатності. Оброблені кінетином листки залишаються зеленими впродовж тривалого часу. Інтенсивність фотосинтезу в оброблених цитокінінами листках зростає. Активується синтез ключового ферменту темнових реакцій фотосинтезу — рибулозобісфосфат-карбоксилази, посилюється інтенсивність фотофосфорилування.

На молекулярному рівні цитокініни в комплексі зі специфічним білковим рецептором посилюють активність РНК-полімерази та матричну активність хроматину. Це зумовлює збільшення кількості полірибосом і активацію синтезу білків, в тому числі деяких ферментів (наприклад, нітратредуктази). Відомо, що кінцева дія цитокінінів спричинює зміну експресії гена, можливо, на транскрипційному рівні. Є також дані про їхній вплив на транспортування йонів калію, Н⁺ та Са²⁺. Відомо більше 40 генів, експресію яких контролюють цитокініни [20].

Оскільки цитокініни займають важливе місце в експериментах з культурою тканини, вони широко використовуються у фітобіотехнологіях.