Научная статья на тему 'ПЛАСТИЧНОСТЬ ГЕНОМА СОМАТИЧЕСКИХ КЛЕТОК И АДАПТИВНОСТЬ РАСТЕНИЙ'

ПЛАСТИЧНОСТЬ ГЕНОМА СОМАТИЧЕСКИХ КЛЕТОК И АДАПТИВНОСТЬ РАСТЕНИЙ Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
88
14
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГЕНОМ РАСТЕНИЙ / ПЛАСТИЧНОСТЬ ГЕНОМА / АДАПТИВНОСТЬ РАСТЕНИЙ / PLANT GENOME / GENOME PLASTICITY / PLANT ADAPTABILITY

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Кунах В.А.

Изложены взгляды и предположения автора, сформированные в результате анализа как литературных данных, так и многолетних cобственных исследований генома растений в различных условиях произрастания. Обосновывается три ключевых положения. Первое. Любая соматическая клетка растения с живым (функционально активным) ядром при выращивании в условиях культуры тканей вследствие процессов «сомаклональной» изменчивости, происходящей в рамках закона гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова, может восстановить в своих потомках, в том числе среди растений-регенерантов, генетический полиморфизм (по крайней мере, значительную его часть) своего вида, а возможно, даже и рода растений. Второе. Растение - это система клеточных популяций, которая характеризуется пластичностью своего генофонда, что при взаимодействии с клеточным отбором обеспечивает адаптивность растения как целостного организма и создает возможность наследования (передачи потомкам) адаптивных геномных изменений, приобретенных в течение онтогенеза. Третье. Ключевую роль в обеспечении пластичности генома (регуляции его изменчивости в соматических клетках), в определении типа, направленности и жесткости «естественного» отбора, действующего в клеточной популяции, а также в интеграции клеточных популяций в целостный организм играет гормональная система растения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Кунах В.А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

GENOME PLASTICITY OF SOMATIC CELLS AND PLANT ADAPTABILITY

Author’s views and assumptions formulated as a result of analysis of both literature data and long-term own investigations of plant genome under different growth conditions have been set forth. Three statements were substantiated: The first one. Any plant somatic cell harboring the living (functionally active) nucleus upon its culturing under tissue culture conditions is capable to restore the species genetic polymorphism (at least its considerable part) and perhaps even that of plant genus in its progeny, including regenerant plants due to “somaclonal “variability processes occurring within the range of the “Law of homologous series in hereditary variation” by N.I. Vavilov. The second. Plant is a system of cell populations which is characterized by plasticity of its gene pool that under interaction with cell selection ensures adaptability of plant as an integral organism and creates the possibility of inheriting (transfer to progeny) adaptive genome changes acquired during ontogenesis. The third. The plant hormonal system plays a key role in providing genome plasticity (regulation of its variability in somatic cells), in determining type, trend and severity of “natural “ selection affecting the cell population as well as in integrating cell populations into the holistic organism.

Текст научной работы на тему «ПЛАСТИЧНОСТЬ ГЕНОМА СОМАТИЧЕСКИХ КЛЕТОК И АДАПТИВНОСТЬ РАСТЕНИЙ»

В. А. Кунах

ПЛАСТИЧНОСТЬ ГЕНОМА СОМАТИЧЕСКИХ КЛЕТОК И АДАПТИВНОСТЬ РАСТЕНИЙ

Институт молекулярной биологии и генетики НАН Украины Украина, 03627, г. Киев, ул. Академика Заболотного, 150

Высшие растения являются прикрепленными организмами, они не могут изменить место своего произрастания даже в случае самых неблагоприятных изменений окружающей среды. Очевидно, поэтому у них выработались мощные механизмы защиты от воздействия стрессовых факторов, действующих как на организменном, так и на популяционном уровне. В ответ на неблагоприятные флуктуации экологических факторов (засуха, затопление, экстремальная температура, засоление, острый недостаток или избыток некоторых макро- или микроэлементов, неблагоприятное освещение, инфицирование патогенами, механические повреждения и др.) в растениях происходят структурные и метаболические перестройки, которые препятствуют стрессу. Различные стрессорные сигналы изменяют генную экспрессию в направлении индуцирования или угнетения синтеза специфических метаболитов, прежде всего белков - структурных или ферментов специфических метаболических путей (см. например, /1-5/).

Одним из главных механизмов защиты растений от воздействия стрессовых факторов является, по нашему мнению, высокая пластичность генома соматических клеток в онтогенезе. Это обусловливает тотипотентность (переключение морфогенетических программ с целью восстановления поврежденных органов или организма в целом) и регулируемую (адаптивную) изменчивость генома в онтогенезе (в том числе появление генотрофов), а также высокую частоту, на первый взгляд, ненаправленных геномных изменений в условиях воздействий, которые выходят за пределы нормы реакции генотипа (/2/, раздел 4).

В течение онтогенеза в соматических клетках растений выявлены разные типы геномной изменчивости, само наличие и степень проявления которых зависит как от воздействия разных факторов окружающей среды (условий

произрастания), так и от генотипа растения. Такие изменения, по нашему мнению, следует считать эпигеномной (модификационной) изменчивостью, поскольку они являются обратимыми (см. ниже) и, очевидно, не затрагивают генетического кода. Это, в частности:

• удвоение и дальнейшая мультипликация ядерного генома;

• изменение количества хромосом и разных повторяющихся последовательностей ДНК;

• изменения в метилировании оснований ДНК;

• изменения, связанные с особенностями структурной упаковки ДНК в виде петлевых доменов хроматина и др.

Геномная изменчивость соматических клеток является результатом программы диф-ференцировки. Поэтому полиплоидизация клеток в онтогенезе - это следствие нарастающей специализации и резкого усиления специфических синтезов в процессе реализации программы развития. При этом дифференциальная репликация ДНК (амплификация) и недорепликация нарушают равновесие между генами и контролирующими последовательностями, что может вызвать формирование новых соотношений между активностями разных генов. Однако значение эндополиплои-дии заключается не только в специализации функций клеток, поддерживаемой состоянием эндополиплоидии, но и, что особенно важно, в том, что в подобном состоянии клетки приобретают характерные особенности, отсутствующие у диплоидных клеток. Наличие таких особенностей создает новые предпосылки и возможности для развития и действия факторов естественного отбора как на уровне организмов, так и на клеточном (внутриорга-низменном) уровне.

Онтогенетическая полиплоидия (изменение количества ядерной ДНК) является, очевидно,

запрограмированным эпигеномным изменением, которое регулируется как внешними (свет, температура, наличие питательных веществ и т.п.), так и внутренними факторами. Полиплоидия вызывает каскад других как генетических, так и эпигенетических изменений. Например, при плоидизации генома активируются ретротранспозоны, одним из следствий чего могут быть множественные дупликации, возникают парамутагенные - парамутабельные взаимоотношения между аллелями; может изменяться способ размножения; изменяется структура всего генома и экспрессия генов и т.п. (см. /2/, раздел 4.1).

Существенным в стратегии адаптивности растений является то, что у них репродуктивные органы закладываются, как правило, на сравнительно поздних этапах онтогенеза, после десятков и сотен последовательных клеточных делений соматических клеток.

У растений репродуктивная система включает совокупность генов, детерминирующих:

• развитие дифференцированных структур цветка и формирования микро- и мегаспор;

• контроль и регуляцию двойного оплодотворения;

• индукцию эмбриогенеза;

• процесс развития семян.

Но не только вышеперечисленная совокупность генов определяет репродуктивную систему вида, отдельной популяции растений. Сложная иерархичность строения растительных популяций и самих растений является дополнительным источником генетической изменчивости, который предопределяет вариации в репродуктивной стратегии растений. В частности, упомянутая выше изменчивость в популяциях соматических клеток сопровождается изменчивостью в популяциях генеративных клеток: одновременно с клетками с гаметическим числом хромосом встречаются клетки с измененным, часто с соматическим числом хромосом. Миксоплоидия (полисома-тия) в популяциях генеративных клеток модифицирует репродуктивные признаки растения, создавая предпосылки для размножения растений как половым, так и неполовым путем. Таким образом, изменчивость генома в популяциях соматических и генеративных клеток, происходящая в процессе онтогенетического

развития, является источником изменчивости в репродуктивной системе растений. В частности, онтогенетические вариации числа хромосом в соматических клетках (миксоплоидия) способны влиять на репродуктивные свойства растений и позволяют им переходить в случае необходимости в определенных условиях от половой репродукции к партеногенезу или от вегетативного размножения к половой репродукции, как это продемонстрировано на примере сахарной свеклы, капусты, земляники и др.

Обратимость упомянутых изменений генома, свойственных клеткам преимущественно в специализированном (дифференцированном) состоянии, четко проявляется при индукции дедифференцировки и каллусообразования. В частности, при индукции дедифференцировки клеток (и редифференцировки) как in vivo, так и in vitro до и во время первых митозов чаще всего происходят следующие процессы:

• дополнительный, часто довольно значительный синтез ДНК;

• амплификация отдельных последовательностей;

• эндоредупликация, другие формы эндомитоза;

• экструзия (выбрасывание ядерного материала за пределы клетки);

• цитомиксис;

• диминуция хроматина;

• потеря тканеспецифических В-хромосом;

• фрагментация ядер (амитоз);

• аномалии митоза и цитокинеза, в частности, образование синцитиев;

• слияние ядер в многоядерных клетках;

• образование микроядер при отсутствии аберрантных анафаз;

• сегрегация ядерного материала в профазах и метафазах не только полиплоидных, но и диплоидных клеток, которая приводит к редукции числа хромосом;

• соматический мейоз и кроссинговер и др.

По нашему мнению, способность к такому

ответу, в ряде случаев приводящему геном клеточных ядер исходных дифференцированных и высокоспециализированных клеток в «дедифференцированное» состояние (в состояние ядерного генома, характерное для стволовых клеток), лежит в основе свойственного многим растениям цикла развития

дифференцировка - дедифференцировка -редифференцировка. Детально эти вопросы рассмотрены и обсуждены в монографии (/2/, разделы 4-7, а также в статьях /6-9/).

Существенное влияние на геномную изменчивость оказывают внешние факторы. Усиление геномной изменчивости на организмен-ном, хромосомном и молекулярном уровнях характерно в случае изменения (особенно резкого ухудшения) условий роста: при пониженной и повышенной температурах, засолении, повышенных дозах минеральных удобрений, неблагоприятных соотношениях минеральных питательных веществ или их дефиците, засухе, высушивании семян, вирусном, бактериальном заражении, в случае ранения, выращивания в условиях культуры in vitro на искусственных питательных средах, опыления чужеродной пыльцой, переноса растений в необычные условия существования, выращивания проростков в растворах повышенной (до 6-8%) концентрации сахаров глюкозы или сахарозы и т.п. У растений в таких условиях мутационный процесс резко интенсифицируется в первую очередь, очевидно, вследствие индукции транспозиции мобильных генетических элементов, что вызывает значительные, в некоторых случаях быстрые изменения генома на хромосомном уровне, в частности, структурные перестройки хромосом, а также амплификации геномных последовательностей и другие модификации генома на молекулярном уровне. При этом количество ДНК у растений одного и того же сорта при выращивании в разных условиях может быть различным. У гомеостатических сортов, в отличие от него-меостатических, в неблагоприятных условиях изменения незначительны, либо вовсе не обнаруживаются, как это, например, было установлено при изучении изменчивости рДНК у ячменя. С другой стороны, такие, на первый взгляд, незаметные изменения могут быть результатом перестройки отдельных генов. Например, у салата большие кластеры генов устойчивости дуплицируются и в дальнейшем подвергаются дивергенции в результате рекомбинации или неравного кроссинговера, что обусловливает появление новых резистентных фенотипов. Эти процессы достаточно распространены в природе и являются важными механизмами не только адаптационных, но и

эволюционных процессов (см. /2/, раздел 4, а также /3-5/).

Условия окружающей среды вызывают также весьма существенные изменения генотипа, имеющие направленный характер и способность передаваться по наследству. Растения с такими изменениями называют генотрофами. Например, в течение лишь одного поколения выращивания растений льна в различных контролируемых условиях возникают стабильные линии - генотрофы, которые отличаются друг от друга и от исходной линии не только по морфологическим и биохимическим признакам, но и общим количеством ядерной ДНК, числом генов, кодирующих рибосомные РНК. Для них установлена амплификация повторяющихся последовательностей ДНК; при этом разные семейства последовательностей в разной степени чувствительны к воздействию: в случае выращивания в отличных условиях, амплификация имеет разную степень проявления. Возникновение изменений индуцировалось температурой и/или несбалансированностью минеральных солей в среде.

Следует особо подчеркнуть, что в условиях, приводящих к появлению генотрофов, у растений изменяется баланс фитогормонов, как, например, это было продемонстрировано при выращивании в условиях различного обеспечения элементами минерального питания подорожника, клевера, пшеницы. Подобные результаты были получены также в условиях теплового стресса, в частности у фасоли (см. /2/, с.112-113). (Детальнее о роли фитогор-монов в пластичности генома и адаптивности растений см. ниже).

Имеются убедительные свидетельства того, что даже ненаправленные изменения генома, которые возникают в условиях воздействий, выходящих за пределы нормы реакции генотипа, находятся под генетическим контролем. Как отмечала Б. Мак-Клинток в Нобелевской лекции в 1983 г., геном реагирует на повреждающие (стрессовые) воздействия включением таких геномных механизмов, которые приводят к реконструкции генома клетки. Одним из таких механизмов является активация подвижных генетических элементов. Иными словами, стрессовое воздействие является механизмом, запускающим процессы, вызывающие резкий рост количества мутаций и других геномных

перестроек. Значительная часть изменений, возникающих вследствие этого, имеет адаптивное значение и является основным движущим фактором эволюции. Следовательно, изменчивость соматических клеток, частота возникновения спонтанных мутаций контролируется генотипом и существенно зависит от условий окружающей среды, а индукция геномных перестроек может быть запрограммированной.

Генотипическая обусловленность структурных преобразований хромосом была продемонстрирована Г. А. Левитским еще в 1927 г Многие данные о генотипическом контроле изменчивости были накоплены позже. В частности, это сведения о регулярных геномных перестройках, происходящих в онтогенезе в норме (например, явление онтогенетической полиплоидии), об отклонении регулярности в случае " генетического дисбаланса" у гибридов, мутантов, инбредных линий и т.п. Установлена зависимость частоты возникновения миксоплоидных форм в потомстве гибридов от генотипа родительских форм; выявлены определенные хромосомы, наличие которых в геноме приводит к хромосомным перестройкам и мозаицизму по числу хромосом; открыты мутации, нарушающие регулярность геномной изменчивости в онтогенезе, функции митотического веретена, вызывающие элиминацию отдельных хромосом. Охарактеризована системная мутация, названная minute, определяющая миксоплоидию, выявлена наследственная предрасположенность к некоторым хромосомным аномалиям (в частности, к существованию цикла разрыв - слияние -мост, что приводит к миксоплоидии и другим нарушениям). Б. Мак-Клинток, которая впервые исследовала этот цикл анафазных мостов, считала его механизмом быстрого изменения структуры генома и рассматривала как фактор инициации стрессового состояния генома, что обусловливает его реорганизацию и стабилизацию, то есть готовность к новому стрессу, который изменяет генные комплексы.

Геномная и хромосомная изменчивость (как в природе, так и в эксперименте) в большинстве случаев сопровождается различными физиологическими изменениями, прежде всего -гормональными изменениями и нарушениями. Гормональные изменения являются причиной

контрастных признаков среди культурных растений, у которых известны формы карликовые и гигантские, поздние и ультрараннеспелые, чувствительные и устойчивые, одно- и многостеблевые т.д. В основе проявления таких признаков часто лежат гормональные изменения. В целом у большинства известных мутантов гормональный баланс также изменен, в результате чего они характеризуются повышенной генетической, в том числе хромосомной изменчивостью. Изменения гормонального баланса характерны для отдаленной внутривидовой гибридизации, инцухта, гетерозиса, полиплоидии, анеуплоидии и гаплоидии, ци-топлазматической мужской стерильности, в случае применения физических и химических мутагенов, поражения многими вирусами, микроорганизмами, т.е. во всех тех случаях, когда повышается уровень геномной изменчивости (см. /2/, раздел 4.3).

Растения в природе часто подвергаются ранениям. У раневого каллуса, образующегося в результате изменения гормонального баланса, длительное время наблюдаются аномалии клеточного деления, которые обусловливают появление клеток с измененным количеством хромосом. Выращивание каллусных тканей и отдельных клеток в изолированных условиях приводит к более значительным гормональным нарушениям и появлению более заметных геномных изменений (см. /2/, разделы 5-7, а также /6-8/).

Генетический аппарат "получает" информацию об окружающей среде главным образом через аппарат гормональных влияний. В условиях стресса изменяется экспрессия генов растений, в том числе генов, контролирующих синтез и переход в активную форму фитогормонов. Последние являются одним из элементов общих защитно-восстановительных систем организма и выполняют функции модулятора и индуктора изменчивости соматических клеток. При этом регуляторное действие гормонов проявляется в клеточном ядре растений на разных уровнях упаковки хроматина, они модифицируют структуру хроматина, что завершается активизацией (экспрессией) соответствующих генов, в том числе путем изменения метилирования соответствующих локусов хроматина. Следовательно, можно предположить, что гормоны опосредованно

влияют на определенные участки ДНК клеток, находящихся на любой стадии клеточного цикла и любой степени их дифференциации и активизируют необходимые гены.

Накопленные данные позволили нам высказать гипотезу о том, что гормональная система, которая является одним из самых чувствительных рецепторов изменения условий жизнедеятельности клеток и организма в целом, регулируя клеточный и тканевый гомеостаз, контролирует генетическую структуру клеточных популяций организма /2-5/. Молекулярные механизмы гормонального контроля и регуляции уровня и направленности геномной изменчивости соматических клеток растений еще не выяснены. Вероятнее всего, гормональная регуляция этих процессов опосредованная. Экспрессия генов, отвечающих за геномную изменчивость, происходит гормонозависимо. Синтез гормонов и их переход в активную форму находится под контролем генов, регулируемых как внешними, так и внутренними факторами. Недавно полученные данные о том, что активация каскада митогенактивирующих протеинкиназ (МАРКб) регулируется чувствительными к воздействию стресса генами путем трансдукции оксидативных сигналов и этот каскад является молекулярным звеном (линкером) между стрессом и гормоном роста ауксином, подтверждают наши предположения. Однако, для окончательного заключения о механизмах регуляции геномной изменчивости соматических клеток растений полученных результатов недостаточно. Вместе с тем, накопленные данные позволяют во многих случаях не только прогнозировать, но и регулировать уровень геномной изменчивости, используя, в частности, экзогенные фитогормоны и их аналоги. Дальнейшие исследования в этой области, в том числе изучение на молекулярном уровне генетического контроля биосинтеза растительных гормонов и гормонозависимой экспрессии генов, входящих в так называемую мутаторную систему организма, могут дать в руки исследователей мощный инструмент для управления геномной изменчивостью клеток.

Итак, в результате воздействия стресса, создаваемого как внешними, так и внутренними факторами, в растениях повышается уровень геномной изменчивости и нарушается гормональный баланс. Гормональная

система при этом выполняет не только определенную роль в функционировании общих защитно-восстановительных систем организма в процессе адаптации растений, но и влияет (регулирует?) на общий уровень геномной изменчивости, вследствие чего появляются клетки с геномными изменениями, в частности, с различным количеством хромосом, изменяются направление и эффективность клеточного отбора.

Отбор - это суммарный результат ряда процессов, приводящих к полному или частичному устранению группы особей от размножения. В миксоплоидной популяции клеток одного организма в основе отбора могут лежать различия в продолжительности клеточного цикла у клеток разной плоидности. Поскольку клеточный цикл регулируется гормонально, допускается существование специфического, оптимального баланса фитогормонов для клеток разного уровня плоидности, на котором основывается регуляция плоидности клеток в онтогенезе растений. Изменение гормонального баланса приводит к повышению геномной изменчивости, отклонениям в митозе, вследствие чего появляются клетки с измененным числом хромосом, изменяется также направление и эффективность действия клеточного отбора. При этом геномная изменчивость в онтогенезе находится под контролем генетического аппарата и регулируется, скорее всего, путем изменения содержания, соотношения и активности фитогормонов (см. /2/, раздел 4.1.5, а также /3-5/). В условиях различных воздействий, находящихся в пределах нормы реакции генотипа, гормональная система выступает как один из главных защитных (в том числе антимутагенных) элементов защитно-восстановительных систем организма. При таких воздействиях происходят направленные и, очевидно, запрограммированные геномные перестройки. Вероятно, запрограммированным является также появление некоторых «случайных», «ненаправленных» изменений структуры генома под действием стрессовых воздействий, выходящих за пределы нормы реакции генотипа. При этом повышенный уровень геномной изменчивости является следствием изменения гормонального баланса, вызванного нарушениями генетического и/ или физиологического гомеостаза.

Анализ результатов многолетнего изучения динамики генетической структуры клеточных популяций, роли и особенностей действия отбора в процессе адаптации клеток к условиям выращивания in vitro, их длительного, в ряде случаев в течение 20-25 и более лет, пассирования в изолированных условиях, детально опубликованных в работах /2, 6-13, 15, 17/, позволяет сделать следующие обобщения:

• культура клеток in vitro является динамической биологической системой - кло-новой популяцией, которая развивается (эволюционирует) в результате действия основных движущих факторов эволюции - изменчивости, наследственности, отбора и дрейфа генов (генотипов); взаимодействие этих процессов обуславливает биологические особенности каждой конкретной клеточной линии, которая выращивается в конкретных условиях;

• процесс адаптации клеток к условиям длительного культивирования in vitro сложный и многоступенчатый, на разных стадиях формирования культуры in vitro (дедифференцировки клеток и их дальнейшей пролиферации, первых пассажей in vitro, длительного субкультивирования) наблюдаются различные типы и уровни изменчивости, действуют различные типы естественного отбора - дестабилизирующий, движущий (направленный) или, преимущественно, стабилизирующий;

• индукция процессов дедифференциров-ки и дальнейшей пролиферации клеток предусматривает перепрограммирование генома, «ювенилизацию» его состояния, переход его из «специализированного» в состояние, характерное для стволовых клеток. Мы считаем, что в процессе развития программы дедифференциров-ки происходит регрессивная эволюция генома; способность к такой эволюции лежит в основе свойственного многим растениям цикла развития дифференци-ровка - дедифференцировка - редиффе-ренцировка;

• в процессе адаптации клеток к условиям роста in vitro можно выделить три периода: первичной популяции изолированных клеток, становления штамма,

сформированного штамма. Деление на периоды определяется типом, направлением и жесткостью «естественного» отбора, действующего в клеточной популяции. Для сформированных (адаптированных к росту in vitro) штаммов характерно наличие физиологического и генетического гомеостаза, которые обусловлены, в основном, действием стабилизирующего отбора. Это явление может быть моделью глубокой (но обратимой) регрессивной эволюции биологической системы - от многоклеточного к одноклеточному уровню;

• сформированные штаммы являются генетически гетерогенными клеточными популяциями; размах изменчивости в них для некоторых видов растений (их отдельных генотипов?) по некоторым признакам может в отдельных случаях превышать межвидовую изменчивость в природе;

• значительная часть реорганизаций генома культивируемых клеток является канализированной; изменчивость, которая наблюдается в культуре in vitro, часто является подобной естественной изменчивости растений родственных видов; доминирование в генетически гетерогенных популяциях именно канализированных изменений может свидетельствовать об их адаптивности;

• генетический полиморфизм культивируемых клеток, полученных от одного растения (генотипа), может отражать весь, или, по крайней мере, значительную часть как внутри-, так и межпопуля-ционного полиморфизма, свойственного данному виду растений;

• сходство геномных изменений, наблюдаемых в процессе адаптации клеток к условиям роста in vitro и геномной изменчивости в природе, в том числе в процессе видообразования, свидетельствует о возможности применения закона гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова к культуре клеток; это позволяет прогнозировать особенности геномной изменчивости in vitro;

• сходство геномной, в частности хромо-

сомной, эволюции клеточных культур и изменений, которые лежат в основе видообразования, имеет безусловно важное значение для понимания некоторых закономерностей эволюционного процесса и дает возможность моделировать его на клеточном уровне;

• значительная часть геномных изменений, возникающих и выявляемых в культивируемых клетках, не обнаруживается в растениях-регенерантах; клетки с глубоко реорганизованным геномом не могут регенерировать жизнеспособное растение; это уменьшает реальность надежд на получение сомаклональных вариантов со свойствами, ранее неизвестными селекционерам; прежде всего это касается видов растений с простыми (не полиплоидными) геномами;

• выявление основных факторов и движущих сил геномной изменчивости клеточных популяций in vitro, установление ведущей роли в этом процессе гормональной системы позволяет в определенной мере регулировать не только генетическую структуру клеточных популяций, но и функционирование их генома, в частности биосинтез вторичных метаболитов; благодаря чему созданы высокопроизводительные клеточные штаммы и линии редких и особо ценных лекарственных растений - альтернативный источник экологически чистого лекарственного сырья.

На основе изложенных выше в обобщенном виде данных, опубликованных в виде серии статей и монографий (см., например /2-17/), возможно высказать следующие три главных предположения:

1) Любая соматическая клетка с живым (функционально активным) ядром при ее изолировании и дальнейшем выращивании в условиях культуры тканей вследствие процессов «сомаклональной» изменчивости, происходящих в рамках закона гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова, может восстановить в своих потомках, в том числе среди растений-регенерантов, весь генетический полиморфизм (или, по крайней мере, значительную его часть) свойственный данному виду, а возможно, даже и роду растений. Это открывает возможность сохранения и возобновления природного полиморфизма в культуре клеток и тканей in vitro.

2) Растение - это система клеточных популяций, которая характеризуется пластичностью своего генофонда, что при взаимодействии с клеточным отбором обеспечивает адаптивность растения как целостного организма и создает возможность наследования (передачи потомкам) адаптивных геномных изменений, приобретенных в течение онтогенеза. Большинство таких изменений следует отнести к эпигеномной изменчивости, поскольку они, очевидно, не затрагивают генетического кода и, в принципе, являются обратимыми.

3) Ключевую роль в обеспечении пластичности генома (регуляции его изменчивости в соматических клетках), в определении типа, направленности и жесткости «естественного» отбора, действующего в клеточной популяции, а также в интеграции клеточных популяций в целостный организм играет гормональная система растения.

Экспериментальные данные, подтверждающие высказанные положения и предположения, изложены нами в соответствующих публикациях /2-17/.

Список использованной литературы

1. Кордюм Е.Л., Сытник К.М., Баранен-ко В.В., Белявская Н.Л., Климчук Д.А., Недуха Е.М. Клеточные механизмы адаптации растений к неблагоприятным воздействиям экологических факторов в естественных условиях. - Киев: Наукова думка, 2003. - 278 с.

2. Кунах, В.А. Бютехнолопя лшарських рослин. Генетичш та фiзiолого-бiохiмiчнi основи. - Ки'1'в: Логос, - 2005. - 730 с.

3. Кунах, В.А. Геномная изменчивость соматических клеток растений и факторы, регулирующие этот процесс. // Цитология и генетика - 1980. - Т. 14, № 1. - С. 73-81.

4. Кунах, В. А. Геномная изменчивость соматических клеток растений. 1. Изменчивость в онтогенезе. // Биополимеры и клетка (Biopolym. Cell) - 1994. - Т. 10, № 6. - С. 5-35.

5. Кунах, В. А. Геномная изменчивость

соматических клеток растений. 2. Изменчивость в природе. // Биополимеры и клетка (Biopolym. Cell) - 1995. - Т. 11, № 6. - С. 5-40.

6. Кунах, В .А. Геномная изменчивость соматических клеток растений. 3. Каллусообразова-ние in vitro. // Биополимеры и клетка (Biopolym. Cell) - 1997. - Т. 13, № 5. - С. 362-367.

7. Кунах, В.А. Изменчивость растительного генома в процессе дедифференцировки и каллусообразования in vitro. // Физиология растений - 1999. - Т. 46, № 6. - С. 919-930.

8. Кунах, В.А. Еволющя геному рослин в культурi кштин in vitro: особливосп, причини, мехашзми та наслщки. // Генетика i селек-щя в Укрш'ш на межi тисячолт. Т. 1, Кшв, Логос, 2001, С. 53-67.

9. Кунах, В.А. Мехашзми та деяк законо-мiрностi сомаклонально'1 мшливосп рослин. // Вюник Украшського тов-ва генетиюв i се-лекцiонерiв - 2003. - № 1. - С. 101-106.

10. Андреев 1.О., Стрщонова К.В., Кунах

B. А. Перебудови рослинного геному в культу-рi клiтин in vitro. // Бiополiмери i кштина (Biopolym. Cell) - 2004. - Т. 20, № 1-2. - С. 42-49.

11. Андреев И.О., Спиридонова Е.В., Со-ловьян В.Т., Кунах В.А. 18S-25S рДНК некоторых видов рода Rauwolfia: межвидовой полиморфизм и перестройки в культуре in vitro.// Вюник Украшського тов-ва гене-тиюв i селекцiонерiв - 2004. - Т. 2, № 2. -

C. 63-170.

12. Andreev I.O., Spiridonova K.V., Solovyan

V.T., Kunakh V. A. Variability of ribosomal RNA genes in Rauwolfia species: parallelism between tissue culture-induced rearrangements and interspecies polymorphism. // Cell Biology International - 2005. - V. 29. - P. 21-27.

13. Кунах В.А., Андреев I.О., Стрщонова К.В. Мiжвидовий полiморфiзм i мшливють гешв 18S-25S та 5S рРНК в культурi тканин Rauwolfia Benth. i Gentiana L. // Физиология и биохимия культ. растений. - 2006. - Т. 38, № 2. - С. 110-123.

14. Parnicoza I.Yu., Miryuta N.Yu., Maid-anyuk D.N., Loparev S.A. et al. Habitat and leaf cytogenetic characteristics of Deschampsia antarctica Desv. in Maritime Antarctica // Polar Science - 2007. - V. 1. - P. 121-128.

15. Майданюк Д.М., Андреев I.О., Стрь донова К.В., Кунах В.А. Генетичний поль морфiзм сомаклональних лшш кукурудзи, отриманих вщ лшп Р346 // Бiополiмери i кштина (Biopolym. Cell) - 2007. - Т. 23, № 4. -С. 324-331.

16. Кунах В. А., Адонш В.1., Ожередов С.П., Блюм Я.Б. Мшсопловдя у диких та культиво-ваних видiв хрестоцв^их, здатних до пбри-дизаци з рiпаком Brassica napus. // Цитология и генетика - 2008. - Т. 42, № 3. - С. 81-86.

17. Андреев И.О., Спиридонова Е.В., Майданюк Д.Н., Кунах В.А. Генетические эффекты культивирования in vitro тканей кукурузы. // Физиология и биохимия культ. растений. - 2009. - Т. 41, № 6. - С. 487-495.

Дата поступления статьи 22 ноября 2010 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.