Dudits Dénes

A növények szexuális életének molekuláris titkai

VII. Növényi embriók megtermékenyítés nélkül

Az egyedfejlődési stratégiák összevetésekor korábban már rámutattunk néhány növényekre jellemző folyamatra. Ezek sora bővíthető azzal az érdekességgel, hogy véglegesen differenciálódott testi, ún. szomatikus sejtekben - például a levélsejtekben - elindítható az embriógenezis programja, és ún. szomatikus embriók nevelhetők fel teljesen függetlenül az ivaros megtermékenyítés eseményeitől (animáció). A növényeknek ez a képessége valóban egyedülálló fejlődésbiológiai rejtély, melynek molekuláris háttere kevésbé ismert. A jelenség szorosan összefügg a növények stresszhatásokkal szembeni védekezésével. Mintha egy túlélési stratégia részeként a növény gondoskodni próbálna utódok létrehozásáról akkor is, ha nincs lehetőség a virágzásra. A szomatikus embriogenezis jelenségét először sárgarépa sejtkultúrákban figyelték meg. A lucerna példáján vázoljuk a folyamat néhány kulcslépését. A levélből enzimkezeléssel kiszabadított mezofill sejt igen komoly stresszhatásnak és sérülésnek van kitéve, hiszen emésztéssel eltávolítjuk a sejtfalat. Így jön létre az ún. protoplaszt, amelyet csak membrán határol. A tenyészoldatban hamar újraszintetizálódik a sejtfal, és a növényi hormon hatására a sejtek osztódni kezdenek. A biológiai hatásban kiemelt szerepe van egy auxinanalógnak, a 2,4-diklorfenoxiecetsavnak (2,4-D). Alacsony koncentrációban adva ezt a növekedést szabályozó vegyületet, a sejtek megnyúlnak, a kloroplasztiszok épek maradnak, és az osztódás során keletkező közel egyforma leánysejtek további osztódásaik során organizálatlan kalluszszövetet hoznak létre. Ezzel szemben magas dózisú 2,4-D hatására a sejtek sűrű citoplazmájában a kloroplasztiszok gyorsan degenerálódnak, és aszimmetrikus osztódás következik be, hasonlóan a zigóta első osztódásához. Az így kialakuló polaritás alapot ad az embriógenezis folyamatának megvalósulásához, egészen hasonló fejlődési fázisokat követve, mint ami az ivaros megtermékenyítésből származó embriók esetében figyelhető meg. A szomatikus embriókból közvetlenül növényeket nevelhetünk fel az in vitro tenyészetekben, illetve felhasználhatók mesterséges magok előállítására. Többféle technológiát is kidolgoztak az ilyen embriók felhasználására vetőmagként. Az egyik eljárással a szomatikus embriók kiszáríthatók, majd becsomagolhatók vagy gél anyagba ágyazhatók. A mesterséges magok használata különösen nagy értékű növények esetében lehet gazdaságos. A növények klónozásának ez a módszere szerepet kaphat például a heterózishatás rögzítésében.

A növényeket tanulmányozó molekuláris és sejtbiológusok igen széleskörű kutatásokat végeznek annak tisztázására, hogy milyen folyamatok vezetnek a testi sejtek átprogramozásához és az egyedfejlődési program újraindításához. Nyilvánvalóan nagyszámú gént érint a szomatikusból az embriogén sejtállapotba történő átmenet. A stresszreakciók szerepe mellett elengedhetetlen a sejtek osztódásának aktiválása. Több kísérleti eredmény is felhívja a figyelmet a kromatin szerkezetében bekövetkező átrendeződések jelentőségére. A 36. ábrán egy valóban meglepő furcsaságot láthatunk. Egyetlen homeotikus gén, a Wuchsel gén működésének átmeneti fokozása a transzgénikus lúdfűnövényben csodát művel, és a gyökércsúcsok helyén embriók jelennek meg. Ez a gén természetes szerepében a hajtás- és virágmerisztémában, illetve az embriózsákban fejeződik ki, továbbá szerepet tulajdonítanak a Wuchsel fehérjének a sejtek típusának, sorának meghatározásában.

36. ábra

37. ábra

38. ábra

39. ábra

"megtermékenyítés nélküli endospermium"fie mutánsbanArabidopsisfie fehérjePolycomb csoport