Слияние протопластов растительных клеток и методы реверсии. Гибридизация соматических клеток растений.

Растительные протопласты - это ограниченные мембраной цитоплазматические образования, обладающие внутриклеточными органеллами и характеризующиеся структурной целостностью и способностью осуществлять активный метаболизм, а также реакции биосинтеза и трансформации энергии.

Изолированные протопласты за тот короткий промежуток времени, пока они не образуют клеточную стенку, могут сливаться друг с другом. Такое слияние может быть спонтанным и происходит чаще, если используются протопласты, полученные из молодых тканей или из суспензионных культур клеток. Однако этот процесс может быть стимулирован путем добавления определенных веществ (полиэтилен гликоль (ПЭГ),электрическими импульсами), что позволяет осуществить слияние не только протопластов одного вида, но и гетерологичных. Таким способом удалось даже получить регенерированное растение после слияния протопластов растения табака двух видов.

Разработка методов индуцированного слияния протопластов, а также развитие техники культивировании растительных клеток in vitro, обеспечивающей возможность получения изолированных протопластов, их выращивания с образованием каллуса и в последующем целого растения, обеспечила формирование нового весьма перспективного метода гибридизации растений, получившего название соматической гибридизации. Сущность состоит в том, что в качестве гибридизуемых клеток используют не гаметы (репродукционные клетки), а клетки тела растений (соматические), из которых получаются протопласты. Слияние протопластов обеспечивает объединение не только клеточных геномов, но и двух различных цитоплазм. В большинстве описанных (известных) случаев слияние протопластов высших растений приводит к образованию либо гибрида, либо цибрида. Цибридное растение содержит цитоплазму обоих партнеров, а ядро - одного.

Важным моментом при индуцированном слиянии гетерологичных (неродственных) протопластов является наличие подходящего селективного маркера, позволяющего идентифицировать нужный продукт слияния, поскольку индуктор в своем воздействии неспецифичен и способствует агрегации и слиянию протопластов как одинаковых, так и гетерологичных видов. Одним из таких маркеров могут быть пластиды и, в частности, хлоропласты. Конечно, помимо пластид можно использовать (и, по-видимому, с не меньшим успехом) биохимические или генетические маркеры: например, изоэнзимный состав, особенности нуклеиновых кислот, устойчивость к определенным веществам, количество хромосом или кариотипы клеток.

Протопласты являются весьма лабильными образованиями и могут служить объектами для введения в клетку чужеродных материалов не только путем соматической гибридизации за счет слияния протопластов, но и посредством переноса в них изолированных ДНК или органелл других клеток. Удалось трансплантировать ядра, хлоропласты, что позволяет рассматривать данный прием в качестве достаточно перспективного для целей клеточной инженерии. Таким образом, в настоящее время уже существуют методы, позволяющие осуществлять конструирование клеток растений с новыми свойствами с последующим получением из них не только клеточных систем, но и целых растений, соответствующих насущным потребностям человека.