БІОТЕХНОЛОГІЯ - Іншина Н.М. - 2009

РОЗДІЛ 3. КЛІТИННА ІНЖЕНЕРІЯ

Протопласти рослинних клітин як об’єкт біологія ного конструювання

Протопласт - це клітина, позбавлена клітинної стінки. Він оточений цитоплазматичною мембраною, зберігає всі властивості рослинної клітини.

Уперше протопласти виділив Дж. Клеркер у 1892 р. механічним способом, а саме шляхом розрізання клітинної стінки. У 1952 р. Салтон уперше застосував ензиматичний метод руйнування клітинної стінки - за допомогою ферменту лізоциму зруйнував клітинну стінку бактерій. У 1960 р. Е. Коккінг за допомогою гідролітичних ферментів гриба Myrothecium verrcaria, що розщеплюють компоненти клітинної стінки, вперше одержав протопласти вищих рослин.

У сучасних дослідженнях для видалення клітинної стінки використовують ферменти трьох типів: целюлази, геміцелюлази і пектинази. Комбінація і співвідношення ферментів специфічні для кожного типу клітин. Порівняно з механічним методом видалення клітинної стінки ензиматичний має низку переваг: висока продуктивність (з 1 г тканини або клітин виділяють до 10 млн протопластів), швидкість, клітини не пошкоджуються.

Протопласти є унікальною моделлю для вивчення фізіологічних процесів у рослин. Ізольовані протопласти застосовуються для таких цілей:

- вивчення хімії і структури клітинної стінки, механізмів її репарації після руйнування;

- вивчення властивостей плазмалеми в нормі і за дії гормонів, фітотоксинів, інгібіторів;

- вивчення трансмембранних переміщень;

- вивчення взаємодії протопластів у популяції;

- уведення чужорідних органел або генів у рослинну клітину;

- вивчення взаємодії ядра і цитоплазми в гібридній клітині;

- одержання соматичних гібридів.

За допомогою протопластів можна одержувати гібриди клітин, долаючи несумісність віддалених видів і родів рослин. За рахунок злиття протопластів двох різних видів рослин одержують гетерокаріон, з якого утворюється соматичний гібрид. Уперше міжвидовий гібрид одержаний під час гібридизації протопластів двох сортів тютюну - Nicotiana glauca (24 хромосоми) і Nicotiana langsdorfii (18 хромосом) у 1972 р. Карлсоном. Гібридизація протопластів культурної і дикої картоплі (Solanum tuberosum і Solanum chacoense) дозволила одержати гібрид, стійкий до вірусних захворювань. Одержано життєздатні внутрішньовидові, міжвидові, міжродові гібриди. У 1977 р. Као і Веттер створили гібрид сої і тютюну. У 1978 р. Г. Мельхерс одержав гібрид картоплі і томатів, але він був стерильний. Японський учений X. Кісака у 1997 р. створив міжродовий гібрид ячменю і рису.

За рахунок злиття протопластів одержано гібриди рослинних і тваринних клітин. Так, Едвард Коккінг отримав гетерокаріон, утворений з клітини амфібії і протопласта моркви. Також удалося отримати гібридні клітини тютюну і дрозофіли. Проте одержані гібридні клітини були не здатні до поділу. Протопласти також використовуються як реципієнти клітинних органел. Клітинні органели можна трансплантувати за допомогою ліпосом або шляхом мікроін’єкцій. У 1973 р. І. Потрікуч і Ф. Хоффман трансплантували ізольовані ядра петунії у протопласти тютюну. Крім ядер, трансплантують мітохондрії і хлоропласти. Трансплантування хлоропластів може сприяти активації фотосинтезу і підвищенню продуктивності рослин, трансплантування мітохоцдрій - активації тканинного дихання.