Rostliny in vitro V
Rostliny in vitro V
Embryogeneze
V podmínkách in vitro můžeme vedle minule popsané organogeneze množit rostlinný materiál dalším způsobem, kdy nenabudíme tvorbu unipolárních, ale rovnou bipolárních útvarů- embryí. Embryo si nese již základ jak stonku, tak i kořene. V přírodě se vyvíjí v semeni ze zygoty, nazýváme jej proto embryem zygotickým. Zygota je buňkou, která vzniká oplozením, tedy splynutím buňky vaječné a spermatické. Jak už bylo zmíněno, mikropropagace je ale založena na vegetativním, nikoli na výše popsaném generativním množení. V podmínkách in vitro navodíme založení a vývoj embryí z buněk explantátu, tedy z buněk tělních (somatických) a odtud název somatická embryogeneze. To s sebou nese četné výhody. Vždyť jak diametrálně se mohou lišit jedinci vyvinutí ze zakořeněných řízků od těch ze semenáčků!
Somatická embryogeneze je ve většině případů daleko efektivnější cestou množení rostlin ve srovnání s organogenezí (viz. minule). Klade ovšem podstatně větší nároky na poznání a optimální vzládnutí celého procesu u daného rostlinného druhu. Embryogenezi lze rozdělit do několika po sobě jdoucích vývojových fází. Mezi nimi se mohou vyvíjející se embrya často lišit v požadavcích (často protichůdných) na složení kultivačních médií. První krok somatické embryogeneze představuje odvození kalusu, nebo v některých případech odvození speciální formy kalusu- tzv. embryonální suspenzorové hmoty. Tu již nelze označit za zcela neorganizované pletivo- kalus. V embryonální suspenzorové hmotě jsou totiž již založeny základy embryí (proembryí), které se množí štěpením embryí již přítomných. Kalus/embryonálně suspenzorovou hmotu lze množit (tzv. proliferace) a změnou složení kultivačního média je následně navozeno zakládání/další vývoj embryí – tj. zrání (tzv. maturace). Zralá somatická embrya jsou často následně ošetřena desikací (viz. níže) nebo chladem. Významnou roli v celém procesu hraje volba dodaného sacharidu do média, přítomnost auxinů během proliferace a naopak jejich nepřítomnost v médiu během zrání. V mnoha případech je pro zrání embryí esenciální, jindy prospěšné, dodání kyseliny abscisové (ABA) do média. Působení ABA je ve většině případů spojováno u rostlin s navozením dormance apod.. V tomto případě má ale velmi významnou regulační úlohu při zrání embryí. Konečným výsledkem celého procesu jsou embrya morfologicky i fyziologicky srovnatelná se svým zygotickým protějškem, která můžeme přenést na klíčení na nakličovací médium. Somatická embrya ale zřejmě nikdy nebudou zcela identická se zygotickými embryi. Uvědomme si, že nahrazujeme kontinuální dynamickou „starostlivou péči“ mateřské rostliny relativně statickými umělými inkubačními podmínkami, což „nutí“ embrya k jisté „samostatnosti“.
Plně vyvinutá zralá somatická embrya nejen, že mohou přečkat, ale v mnoha případech pro svůj zdárný následný vývoj i vyžadují „průchod“ tzv. desikační fází. Během ní embryo ztrácí většinu ze svého obsahu vody (v případě semen hovoříme o ortodoxních semenech) a přechází do klidové fáze. Při přechodu do tohoto stavu dochází v embryu ke značným změnám na úrovni aktivace a inhibice mnoha genů- takové „přeprogramování“, což je právě velmi důležitý moment zajišťující úspěšný následný vývoj ve vitálního jedince. Desikované embryo lze „zabalit“ například do alginátového obalu a máme tzv. umělé semeno (zatím nedokonale zvládnutý proces často jak z fyziologického, tak ekonomického hlediska; snaha o plnou automatizaci celého procesu). V pozdějších fázích vývoje rostliny už desikaci rostlinná pletiva nepřežijí. Ovšem existují i výjimky. Uveďme tzv. ressurection plants (lze snad nahradit termínem poikilohydrické rostliny), např. růže z Jericha, které tento stav jsou schopné přečkat v klidové fázi i jako plně vyvinuté rostliny. Nelze ale také opomenout jiné rostliny, především tropické, které desikační proces ani u semen a tedy embryí nevyžadují a nepřežijí (hovoříme o tzv. rekalcitrantních semenech).
Již bylo řečeno, že zygota vzniká splynutím dvou pohlavních buněk. Každá z nich si nese svoji sádku chromozomů (značí se n, hovoříme o haploidní sádce chromozomů; např n(člověka) = 23). Vzniklá zygota je diploidní (2n), má tak od každého chromozomu dva odpovídající si kusy- od každého rodiče jeden (!stejné kusy, nikoli však identické). I z haploidních buněk, lze v podmínkách in vitro odvodit celého jedince, který tak bude kompletně tvořený buňkami s haploidní sádkou chromozomů (n). Využije se embryogeneze. Jako výchozí materiál se nejčastěji využívají celá nezralá pylová zrna - pylová embryogeneze. Gynogeneze, tj. odvození embryí ze samičích pohlavních buněk, je možný, ale podstatně méně využívaný proces.
Ondřej Skala
Fotografie: Zrající somatická embrya smrku ztepilého na zbytku emfyonálně suspenzorové hmoty.
