Propagarea clonală
Propagarea clonală este o metodă de propagare a unei plante care permite obținerea unei clone a plantei, adică un set de indivizi cu aceeași moștenire genetică. Prin urmare, este o metodă de clonare a organismelor vegetale. Acest rezultat poate fi obținut cu diferite metode: multiplicare vegetativă ( tăiere și stratificare ) și micropropagare .
Printre cele mai vechi metode și răspândite de propagare a unei plante găsim butași și stratificarea , care sunt inspirate de reproducerea vegetativă (sau agamic) a cormofite .
Reproducerea vegetativă determină agresivitatea unei specii în colonizarea mediului, nu aduce avantaje evolutive deoarece organismele care se nasc sunt toate identice genetic cu progenitorul. În multe criptogame multicelulare ( ciuperci , licheni , briofite și pteridofite ) apare prin intermediul sporilor , produși în urma mitozei și conținuți în sporangii , în cormofiți ( pteridofiți și spermatofiți ) prin intermediul unor părți ale corpului plantei care au căzut odată la sol se pot înrădăcina .
Tăierea este o porțiune din corpul plantei (de obicei tulpină sau ramură ) tăiată imediat sub nod, fără frunze și îngropată. Succesul operației depinde de capacitatea de a prinde rădăcini . Straturile constau în realizarea rădăcinilor părții corpului plantei care va fi îngropată în timp ce este încă unită cu planta mamă. Ramura sau tulpina este gravată și înconjurată de un manșon de pământ sau turbă bine umezit în care se vor scufunda noile rădăcini. Prin urmare, este o metodă mai rapidă și mai eficientă decât tăierea.
Este evident că aceste metode nu aduc modificări genetice , ci servesc doar la clonarea plantei.
Micropropagare
Utilizarea terenului pentru cultivarea cu plante celulare le-a permis cercetătorilor să studieze așa-numitele porumburi , grupuri celulare nediferențiate propagate in vitro la nesfârșit. Pentru a obține calusurile, celulele trebuie mai întâi explantate din plantă. În funcție de specie, preferați să alegeți între:
- Sfaturi de încolțire ;
- Frunze;
- Muguri laterali ;
- Tulpina sau tesutul radicular;
Planta originală în acest proces nu este distrusă. Țesuturile luate au fost sterilizate pentru a preveni creșterea rapidă a bacteriilor prezente pe suprafața plantelor de a înăbuși creșterea calusului ; prin ruperea și tratarea cu celulază , se eliberează protoplastul , care după câteva ore începe să-și reconstruiască peretele (evident dacă enzima este îndepărtată din mediu). Odată realizat noul perete, celula începe să se împartă dacă sunt prezente substanțele nutriționale potrivite ( săruri , zaharuri și vitamine ) și urme de hormoni vegetali. Vor începe astfel să se formeze muguri, care pot fi separați și tratați din nou cu celulază pentru un nou ciclu de propagare. Calusurile pot fi obținute atât din celulele somatice, cât și din celulele sexuale.
Prin tranziția la protoplast, celulele specifice țesutului plantei se diferențiază în celule totipotente , adică capabile să exprime orice parte a informațiilor lor genetice. Această caracteristică, împreună cu capacitatea de a forma jamboane celulare nemuritoare, diferențiază celulele vegetale de cele animale. Fiecare celulă a unui cal poate regenera întreaga plantă din care a fost izolată în două moduri principale:
- Somatic embriogeneza :: un embrion provine din calus, care apoi se transformă într - o instalație pentru adulți (de exemplu, morcov );
- Somatic organogeneză : un organ este regenerat din calus, de obicei frunze, iar apoi restul plantei (de exemplu , tutun ).
În ambele cazuri, creșterea in vitro are loc în fitotroni , celule climatice sterile în care temperatura , umiditatea și ciclul lumină-întuneric sunt controlate și programabile. Cu embriogeneza somatică, embrionii de plante din anumite specii (cum ar fi morcovii , țelina și roșiile ) pot fi încapsulați pentru a obține semințe artificiale. O parte importantă aparține hormonilor vegetali, al căror rol a fost descoperit grație analizei comportamentului celulelor în cultură; producția de rădăcini este controlată de clasa hormonilor auxinici , în timp ce citokininele reglează creșterea lăstarilor și apoi a trunchiului. Ele pot fi utilizate ca inductori în butași și stratificare.
Prin urmare, este evident că aceste tehnici de micropropagare permit să genereze multe plante, chiar milioane, în câteva luni. Mai mult, este posibil să se evite formarea plantelor infectate pur și simplu prin utilizarea țesuturilor meristematice sau prin prelevarea de țesuturi în zone sănătoase ale plantei și cultivarea în prezența antibioticelor și antivirale.
Variabilitatea somaclonală
Adesea plantele obținute prin micropropagare nu sunt identice genetic cu cele originale. Mutațiile apar mai frecvent atunci când celulele sunt cultivate in vitro. Această variabilitate somaclonală este considerată utilă, deoarece este un instrument pentru obținerea unor plante mai bune decât cele originale. Se remarcă:
- Variabilitate genetică :: mutații ADN ereditare;
- Variabilitate epigenetică :: mutații ereditare, potențial reversibile, care nu implică modificări genetice permanente (Meins și Thomas, 2003);
Evident, nu toate mutațiile vor fi avantajoase, dar dintre cele multe care apar, unele vor fi și pot fi selectate. Deoarece este puțin probabil ca aceeași mutație să se întâmple pe ambele alele ale unei plante diploide (ca să nu mai vorbim de plantele tetraploide ...), atunci când doriți să profitați de fenomenul de variabilitate somaclonală pentru mutanți mai buni, aceștia sunt crescuți in vitro astfel de haploide. ca polen imatur. Prin dozarea adecvată a hormonilor vegetali , se induce embriogeneza plantelor haploide. Acest lucru facilitează recunoașterea mutațiilor, deoarece heterozigoza le poate masca fenotipic. Odată ce planta mutantă a fost recunoscută și izolată, starea diploidă poate fi restabilită cu colchicina , un alcaloid derivat din colchicum autumnale care se leagă de moleculele de tubulină , prevenind formarea fusului mitotic și, prin urmare, citodiereză . Cromatidele surori se separă și devin cromozomi omologi. Această tehnică este cunoscută sub numele de androgeneză . Multe specii de interes comercial (mai mult de o sută) aduc îmbunătățiri obținute în acest mod, printre care se remarcă tutunul , orzul , vița de vie , cartoful , orezul , porumbul și grâul .
Mecanisme care produc variabilitate
Modificări ale ploidiei celulelor cultivate
Acestea se datorează:
- Originea țesutului utilizat pentru explant, deoarece cu cât este mai departe de vârfurile meristematice cu atât este mai mare fracțiunea celulelor tetra- și octaploide;
- Efectele procesului de cultivare în sine (durata, hormonii, limitările nutriționale);
- Trei fenomene care apar în timpul mitozei:
- Endomitoza :: cromatidele surori se separă, dar nu există formare de fus sau citodiereză;
- Endoreduplicare : cromozomii de la interfază suferă o extra-duplicare;
- Formarea unui plasmodiu :: nu există citodiereză, se formează celule bi- sau multinucleate;
O rată ridicată a acestor fenomene nu corespunde unui procent ridicat de celule sau plante poliploide. Acest lucru se datorează selecției diplontice: într-o populație mixtă de celule cu ploidie diferită, diploizii își păstrează potențialul organogenetic mai bine decât poliploizii, probabil datorită capacității crescute de a forma meristeme .
Rearanjări chimerice ale straturilor de țesut
Multe plante horticole sunt himere periclinale , adică au suferit o mutație într-o celulă meristematică și acest lucru a dat naștere la un strat diferit de cel anterior și următorul. De fapt, celulele meristemelor se pot împărți anticlinal (perpendicular pe suprafață) sau periclinal (paralel); dacă o celulă continuă să se împartă periclinal dă naștere unui strat de țesut. Aceste straturi se pot amesteca în timpul proliferării rapide, cum ar fi porumbul (dacă se folosește acel meristem). Deci plantele regenerate cu aceste evenimente neașteptate pot conține o compoziție himerică diferită sau chiar să nu mai fie himerice.
Modificări structurale în secvența ADN
Acestea sunt induse de radiații și substanțe chimice, dar pot fi și spontane. Modificările brute ale genomului sunt principala cauză a variabilității somaclonali. Distingem:
- Ștergeri
- Inversiuni
- Duplicații
- Transpuneri
- Mutații punctuale
Aceste modificări, cum ar fi modificările ploidiei, cresc odată cu creșterea duratei culturii.
Alterări fenotipice epigenetice
Acestea sunt schimbări temporare și reversibile, dar pot persista pe tot parcursul vieții răsadului regenerat. Fenomenul întineririi este comun , în special la speciile lemnoase ( gimnosperme ), ceea ce duce la diferențe morfologice , înflorire timpurie, o creștere a formării rădăcinilor accidentale și vigoarea plantei. Cauzele acestor modificări neereditive nu sunt cunoscute, dar sunt probabil induse de mediul cultural.
Selecția in vitro
Cu această metodă, se poate obține o plantă rezistentă la boli, insecte și stres de mediu. Aceasta implică supunerea unei populații califorme la o presiune selectivă adecvată (cum ar fi creșterea în doze mici de erbicide ) și recuperarea unei variante de linie celulară care a dezvoltat rezistență sau toleranță la stres. Profită de viteza de propagare a calusurilor în cultură pentru a implementa o selecție naturală reală (mutații spontane) sau pentru a obține variabilitate cu agenți chimici sau fizici (mutații induse). Domeniile de cercetare încearcă să selecteze linii rezistente la salinitate , frig, erbicide, metale grele.
Hibrizi celulari
Informațiile genetice conținute în celule de diferite origini pot fi combinate într-un singur nucleu prin fuziunea celulară . Fuziunea celulară necesită contactul celulelor și include o scurtă distrugere a membranelor celulare folosind substanțe chimice. Când membranele se reconstituie, celulele adiacente își pot reforma membranele împreună pentru a produce o singură celulă hibridă. Inițial, celula derivată din fuziune va conține doi nuclei ( heterocariont binucleat), dar după divizarea celulară seturile cromozomiale ale celor două celule se găsesc în interiorul unui singur nucleu ( sincariont ). Este posibil să se realizeze fuziunea atât pe două tipuri de celule aparținând aceleiași specii (vorbim în acest caz de hibrizi interspecifici), cât și pe două tipuri de celule aparținând unor specii diferite. În primul caz, celula hibridă va păstra întreaga structură cromozomială a celor două celule inițiale, în timp ce în al doilea caz, celula condensată tinde să elimine cromozomii aparținând unui tip de celulă. Produsele de fuziune a mai mult de două celule au în general puține șanse de supraviețuire. Orice celulă poate fi hibridizată cu oricare alta, fără limite; s-au făcut experimente foarte imaginative, în care s-au obținut celule om-șoarece, celule animale-plante și chiar microorganisme !
Prin izolarea hibrizilor astfel obținuți, o linie celulară hibridă poate fi propagată în cultură, cu cât sunt mai stabile, cu atât organismele de pornire au fost mai asemănătoare. În urma fuziunii nucleelor, în timpul următoarelor diviziuni celulare, genele uneia dintre cele două specii sunt eliminate progresiv.
Acest lucru a permis studierea expresiei genelor în medii celulare diferite decât de obicei și, mai ales, a organizării genomului : verificând care cromozom sau fragment de cromozom s-a pierdut, este posibil să se întocmească o hartă genetică a cromozomilor care conține localizarea fiecărei gene.
În ciuda acestei bariere în calea formării unei plante complet hibride, s-a văzut că o fracțiune din gene poate fi conservată, odată cu formarea așa-numitului hibrid asimetric. Rezultatul este o plantă cu toate caracteristicile unui progenitor plus câteva trăsături ale celuilalt. În acest fel este posibil să se transfere calități utile chiar dacă hibridizarea sexuală nu o permite.
Hibridarea sexuală nu este altceva decât polenizarea condusă de om a unei plante dintr-o varietate sau, atunci când este posibil, a unei specii diferite. Aceasta reunește calitățile pozitive ale diferitelor soiuri, apoi selectând pentru câteva generații până la stabilitatea genotipică și fenotipică.
Bibliografie
- Watson Gilman Witkowski Zoller, ADN recombinant , ed. 1. Zanichelli
- Paolo Costantino, inserție editorială atașată la Știință și dosar , 1 martie 1986
- Alessandro Bruni, Farmacognozie generală și aplicată , Piccin
- Arme și tabere, Biologie , Piccin
