Спонтанні та індуковані мутанти

Як правило, для отримання мутантів використовують мутагени.

Мутагени можуть бути фізичними та хімічними. Серед хімічних мутагенів найчастіше використовуються етилметансульфонат (ЕМС), етилнітрозосечовина (НЕС) і нітрозометилсечовина (НМС) – всі викликають хромосомні перебудови. Як фізичні мутагени найчастіше використовують іонізуюче (рентгенівське та γ - промені) і УФ випромінення.

У багатьох випадках для отримання мутантів in vitro не обов’язково діяти на клітини мутагенами. Флік у 1983 р. підрахував, що із 124 мутантів, виділених через культуру тканин, 70 відібрані без попередньої мутагенної обробки. Частота виникнення різних спонтанних мутацій у рослинних клітин може варіювати від 10 ^-5 до 10 ^-8. Поява окремих фенотипних змін може бути вищою, якщо це обумовлено мутацією більш ніж одного гена.

Отриманню спонтанних мутантів надається перевага при селекції сільськогосподарських культур, коли небажані побічні мутації.

Частоту спонтанних і індукованих мутацій визначають як відношення числа мутантних клонів до кількості клонів, що вижили.

Одним із джерел спонтанних мутацій може бути сомаклональна мінливість, або сомаклональна варіабельність. Механізми цього явища ще цілком не з’ясовані.

Основними причинами виникнення сомаклональних варіантів перш за все є гетерогенність соматичних клітин вихідного матеріалу, генетична мінливість, яка індукується умовами культивування, а також генотип і вихідний експлантат.

У соматичних тканинах рослин нерідко присутні клітини з різною кількістю хромосом. Особливо часто це спостерігається у рослин, що розмножуються вегетативним шляхом – у картоплі. А культура тканин і клітин створює умови для прояву цієї гетерогенності. Причина гетерогенності – відхилення, аномальні мітози, які часто є результатом зміни умов вирощування, особливо при їх погіршенні (зниження або підвищення температури, засолення ґрунтів, великі дози мінеральних добрив).

Цитологічні дослідження свідчать, що варіабельність, яка індукується умовами культивування in vitro пов’язана з генетичними змінами, в першу чергу зі зміною кількості і структури хромосом. Показано, що при введенні клітин в культуру їх каріотип зазнає змін і через 1 – 2 покоління у суспензійній або калюсній культурі є клітини з іншою генетичною конституцією. Збереження стабільності кількості хромосом у клітинній культурі є дуже рідким виключенням і досягається в результаті ретельного підбору оптимальних умов культивування. Однак і в таких дослідах, показано, що у клітинній популяції є небагато клітин з іншим числом хромосом.

Для доказу того, що зміна кількості хромосом у клітинах, що культивуються обумовлена не лише гетерогенністю вихідної рослинної тканини, а і умовами культивування використовують клонування окремих клітин. Клон отриманий із однієї клітини при культивуванні in vitro набуває генетичної гетерогенності.

Частіше ніж зміна кількості хромосом у клітинах, що культивуються відбуваються аберації (перебудови) хромосом. У суспензійній культурі Haplopappus gracilis процент аберацій хромосом в анафазах через 61 день культивування становив 32 %. Були виявлені фрагменти хромосом, дицентровані хромосоми.

Тривалість культивування клітин in vitro теж сприяє підвищенню генетичного різноманіття сомаклонів.

Високий ступінь різноманіття сомаклональних варіантів залежить від вихідного генотипу, природи і стадії розвитку експлантата. Наприклад, у різних злаків ступінь мінливості серед сомаклонів може значно відрізнятися: у пшениці (2n=6x=42) із 192 досліджених рослин-регенерантів 29% були анеуплоїдами, у вівса (2n=6x=42) виявлені цитогенетичні зміни з такою ж частотою, а для кукурудзи частота виникнення анеуплоїдних рослин не перевищувала 2-3%. Утворення поліплоїдних і анеуплоїдних рослин спостерігається і у інших родів, наприклад, у картоплі. До речі частота появи нових варіантів у диких видів значно нижча, ніж у дигаплоїдних ліній культурної картоплі.

Тип вихідного експлантата також впливає на появу сомаклональних варіантів, які відрізняються кількісними і якісними ознаками. Для картоплі, наприклад, аномальні рослини отримані в 12% випадків при використанні первинним експлантатом мезофілу листка, а в разі використання пелюсток або осі суцвіть частота формування рослин з фенотипними відхиленнями від норми становила 50%.

Сомаклональні варіанти мають практичне використання в сільськогосподарському виробництві. Наприклад, отримані сомаклони картоплі сорту Зарево, які відрізняються високою урожайністю, підвищеною стійкістю до хвороб, вищим вмістом у бульбах білка і крохмалю. Для рослин тютюну через калюсну культуру отримані сомаклони, стійкі до вірусу тютюнової мозаїки, а для цукрового очерету отримано новий сорт, який характеризується високою урожайністю і підвищеною стійкістю до хвороб, зокрема до хвороби Fiji.

За допомогою методів клітинної селекції отримано мутанти стійкі до антибіотиків, до амінокислот та їх аналогів, до гербіцидів, до стресових факторів та до хвороб. Проведення селекції на клітинному рівні дозволяє створювати нові форми рослин у 2-4 рази швидше, ніж традиційні способи селекції. Сьогодні метод культури тканин широко використовують в селекції не тільки кормових і технічних культур, але і декоративних і лікарських рослин.

Контрольні запитання і завдання

1. Що таке клітинна селекція?

2. Назвіть переваги клітинної селекції над традиційною селекцією.

3. Назвіть прийоми, які використовують для проведення клітинної селекції.

4. Який прийом клітинної селекції використовують найчастіше?

5. Які типи культур використовують як вихідний матеріал для проведення клітинної селекції?

6. Назвіть недоліки калюсної тканини як вихідного матеріалу для клітинної селекції.

7. Наведіть приклади хімічних та фізичних мутагенів, які використовують для отримання мутантів.

8. Що таке сомаклональна мінливість?

9. Які фактори впливають на появу сомаклональних варіантів?

10. Яке практичне значення сомаклональної мінливості?