Природа і механізми виникнення сомаклональної мінливості

Рослини-регенеранти, які одержані шляхом соматичного ембріоїдогенезу, називають сомаклонами (сомаклональними варіантами).

 Р.Чалеф у 1981 р. запропонував символ R для рослин-регенерантів, одержаних з культур клітин або тканин (незалежно від тканини або походження).

Поява сомаклонів, що мають генетичні відмінності від материнської рослини, обумовлена існуванням сомаклональної мінливості. Це явище було відкрите на початку 80-х років і вважається одним із перспективних напрямів індукції мінливості в культурі in vitro. Невизначеність генотипів ембріоїдів, з яких утворюються сомаклональні варіанти, обумовлює їх потенційну цінність для поліпшення існуючих сортів рослин.

Природа виникнення сомаклональної мінливості пояснюється двома основними причинами:

• генетична гетерогенність соматичних клітин експлантату вихідної рослини;
• генетична і епігенетична мінливість, що індукується умовами культивування.

Перша причина пов’язана з генетичним різноманіттям соматичних клітин рослин у природі (різний рівень плоїдності, химеризм).

Існує класифікація типів химерних тканин рослин:

1. Мозаїчні (гіперхимерні) – генетично різні тканини утворюють мозаїчну структуру.
2. Секторіальні – різнорідні тканини розташовані окремими великими ділянками.
3. Периклинальні – тканини розташовані одна над одною.
4. Мериклинальні – суміш секторіальних і периклинальних ділянок тканин.

Хромосомні перебудови спостерігаються також при зміні умов вирощування (підвищені або понижені температури, високі дози мінеральних добрив, засолення, поранення, пестициди та ін.), які призводять до фізіологічних порушень і аномальних мітозів.

Вирішальну роль у регуляції вищеназваних процесів in vitro відіграють фітогормони поживного середовища. Порушення фітогормонального балансу (ауксин/цитокінін) впливає на тип морфогенезу, змінює мітотичний процес і призводить до змін у хромосомах ядра.

Перспективними є дослідження сомаклональної мінливості за наступними напрямками:

1) Направлена селекція сомаклонів (в залежності від потреб селекційної роботи дає можливість проводити направлений відбір варіантів);

2) Індукований мутагенез in vitro (може значно розширити спектр сомаклональної мінливості і відповідно інтенсифікувати дослідження направленої селекції in vitro);

3) Трансформація та перенесення окремих генів(генетична інженерія рослин шляхом перенесення окремих клонованих генів – найбільш ефективний шлях направленої зміни генотипу рослин).

Актуальність впровадження об’єктивних методів ідентифікації сомаклонів обумовлена широким спектром фенотипових і генетичних змін у рослин-регенерантів багатьох видів рослин. В практиці найбільш поширені такі методи ідентифікації: морфологічний, цитогенетичний, метод білкових маркерів і вивчення фрагментів ДНК.

Морфологічний метод базується на ідентифікації сомаклонів за зовнішніми (морфологічними) ознаками: висота рослини, розмір, форма і колір листків, квітів, плодів, насіння, фертильність, урожайність, стійкість до хвороб, сила росту та ін.

Цитогенетичний аналіз передбачає аналіз числа і морфології хромосом сомаклонів, що дозволяє одержувати найбільш переконливі і предметні докази поліплоїності або міксоплоїдності рослин-регенерантів. Для цих досліджень використовують тиснуті препарати з молодих корінчиків рослин або пророслого насіння довжиною 1-2 см.

Методи білкових маркерів базуються на генетичній обумовленості синтезу білків (ферментів), що дозволяє використовувати їх як специфічні індикатори генотипу.

Аналіз ДНК сомаклонів шляхом рестрикції і гібридизації за Е.Саузерном (1975) широко використовують для виявлення і вивчення організації послідовностей ДНК після їх електрофоретичного розділення. Аналіз специфічних нуклеотидних послідовностей, їх консервативних повторів, які гомологічні певному ДНК-зонду, допомагає «ловити» генетичні перебудови у сомаклонів.