Abstrakt

Biotechnologie-2013: Wirkung von PGRs auf die Organogenese bei Klonen von Hippophae rhamonides in der In-vitro-Kultur – Songhee Lee – Dongguk University

Songhee Lee und Hoduck Kang

Sanddorn (Hippophae rhamnoides), ein Mitglied der Elaeagnaceae, gewinnt seit seiner Einführung seiner positiven Wirkungen im In- und Ausland an Anerkennung. Sanddorn bindet Stickstoff durch Symbiose mit Wurzelknöllchenbakterien und ist daher eine sehr empfohlene Pflanzenart zur Bekämpfung der Wüstenbildung. In Entwicklungsländern wird Sanddorn als Hauptart angepflanzt, die mit ihren Früchten und Blättern die lokale Wirtschaft belebt. Daher ist dieser Test ein Versuch, nützliche genetische Ressourcen und Massenproduktion freizusetzen, indem ein In-vitro-Massenvermehrungssystem aus Samen der Mongolei (M), China (C) und Russlands (R) entwickelt wird. Die Samenkeimung begann nach wochenlanger Kultivierung im Medium unter In-vitro-Bedingungen. Der Test mit Industriezucker und Saccharose zeigte keinen signifikanten Unterschied in der Keimungsrate, wodurch die wirtschaftlichen Kosten der Gewebekultur gesenkt wurden, um die notwendigen physiologischen Studien zu ermöglichen. Bei der Organdifferenzierung wurde das System im reifen Blatt grüner als im Keimblatt und die Zugabe von 1,0 mg/l BA, 1,0 mg/l Keimblatt und 5,0 mg/l IAA zeigte, dass die Sprossinduktionsfrequenz auch besser war als bei anderen Behandlungen. Im Falle der Gewebekultur waren M-1 und M-2 grüner, aber die Stärke der C- und R-Samenproduktion sank bei einigen Proben. Die Adventivknospe wurde in der Mitte der Blattzelle über das GMA-Segment begonnen. Die Wurzeln des Sanddorns wurden nur bei wenigen Proben angeregt, konnten jedoch insgesamt nicht gut initiiert werden. Blumen können ihr ganzes Leben lang Organe und Gewebe bilden (Birnbaum und Sanchez Alvarado, 2008; Dinneny und Benfey, 2008). Die postembryonale Organbildung entsteht zunächst aus den apikalen Meristemen des Sprosses und der Wurzel, die auch als Primärmeristeme bezeichnet werden. Primäre Meristeme werden durch die Embryogenese gebildet und beginnen nach Aktivierung während der Keimung mit der Bildung von Hauptwurzeln, Blättern und Trieben. Diese Meristeme sind die Quelle kontinuierlichen Wachstums, jedoch nicht ausschließlich, da laterale oder sekundäre Meristeme ebenso wichtig sind, um die Pflanzenstruktur zu modellieren und die Entwicklungsplastizität bei Umwelteinflüssen zu bestimmen. Blumen sind als sesshafte Organismen häufig ungünstigen Bedingungen wie Krankheiten und Schäden durch Pflanzenfresser, Hagel, Blitzschlag usw. ausgesetzt. Wachstum und Überleben hängen daher von der Bildung lateraler Meristeme ab. Darüber hinaus wird die Bildung lateraler Meristeme bei einigen Arten gelegentlich als Fortpflanzungs- oder Vermehrungsmethode verwendet, um neue Arten zu erzeugen (z. B. Bildung von Adventivwurzeln und -sprossen bei Cyperus papyrus oder Rubus fruticosus). Diese Regenerationsfähigkeiten von Blumen wurden in der Landwirtschaft für Vermehrungszwecke bestimmter Arten, zur Virenbekämpfung und zur Entwicklung biotechnologischer Geräte genutzt.Die Regeneration von Pflanzen kann in vitro aus Explantaten von Pflanzengewebe erfolgen, das in einem hormonhaltigen Medium kultiviert wurde. Bestimmte Verhältnisse der Pflanzenhormone Auxin und Cytokinin bestimmen das Entwicklungsschicksal regenerierender Gewebe zur Bildung von Trieben oder Wurzeln. Während postembryonaler Entwicklungsprogramme werden laterale Meristeme de novo gebildet, im Gegensatz zu embryonalen Nummer-1-Meristemen. Diese Bildung erfordert in vielen Fällen eine Neuprogrammierung und Änderungen im Zellschicksal. Diese natürliche zelluläre Neuprogrammierung verändert die Entwicklungsfähigkeit bestimmter Zellen und verleiht ihnen hochwertige, spezifische Eigenschaften. Jüngste Studien haben gezeigt, dass die postembryonale Neuprogrammierung der Grundlage der Pflanzenregeneration zugrunde liegt. Die Analyse der Entwicklungsmechanismen, die die Bildung neuer Organe während der Entwicklung und während der De-novo-Organogenese (nach exogenen Hormonbehandlungen) erzwingen, hat eine Reihe gemeinsamer Mechanismen und Regulatoren offenbart. In dieser Bewertung fassen wir die jüngsten Fortschritte auf diesem Gebiet zusammen und diskutieren Parallelen zwischen den beiden Methoden. Durch die Verwendung einer Kombination von Behandlungen mit einem Auxin-Transport-Inhibitor und dem synthetischen Auxin-Analogon 1-Naphthalinessigsäure können endogene LR-Mustermechanismen außer Kraft gesetzt werden. Das Ergebnis ist die synchrone Teilung aller perizyklischen Zellen des Wurzelxylempols. Interessanterweise folgen diese Teilungen demselben Muster, das während der Initiierung von LRs bestimmt wurde, und führen zur Produktion von Primordien, die sich entlang der Länge der Basis entlang der Xylemachse entwickeln. Diese Methode, die als LR-induzierbares System bezeichnet wurde, wurde verwendet, um genomweite Prozesse durchzuführen. Dabei wurde transkriptionelles Profiling verwendet, um den molekularen Mechanismus zu analysieren, der zur Initiierung und Bildung neuer LRs führt. Diese Studien charakterisierten neue Proteine, die an der postembryonalen LR-Bildung beteiligt sind, und stellten Verbindungen zwischen Auxin und Progression durch den Zellzyklus während der LR-Initiierung her. Diese Ergebnisse deuten auf die Existenz gemeinsamer Regulationsmechanismen zwischen endogener und hormonell bedingter Organogenese hin, trotz der offensichtlichen Unterschiede in der Verteilung der Seitenorgane. Regenerative Eigenschaften von Xylempol-Perizykelzellen sollten mit embryonalen Eigenschaften in Zusammenhang stehen, und der daraus entstehende Kallus könnte den für die Embryogenese typischen Entwicklungsmustern folgen. Die Überexpression embryonaler Schicksalsregulatoren in postembryonalen Geweben erzeugt jedoch Hunderte von Zellen, in denen embryonale Gene exprimiert und somatische Embryonen erzeugt werden. Da die CIM-Behandlung nicht zur Bildung von Embryonen führt, ist es unwahrscheinlich, dass aus Xylempol-Perizykelzellen gewonnener Kallus einem embryonalen Entwicklungsprogramm folgt. Ebenso zeigen zahlreiche Studien, dass aus Spross-, Blütenblatt- oder Wurzelzellen entstehende Kallus einem Wurzelentwicklungspfad folgen und mit an der Wurzelspitze exprimierten Genen angereichert sind (Sugimoto et al., 2010).Genexpression und zelluläre Marker werden häufig verwendet, um Veränderungen im Zellschicksal zu untersuchen. Basierend auf den Expressionsmustern von Regulatoren von Spross- und Wurzelentwicklungsprogrammen oder denen von zellartspezifischen Reportern wurde gezeigt, dass Calli nicht die undifferenzierten Systeme sind, die allgemein angenommen werden. Calli, die aus oberirdischen und Wurzelorganen stammen, zeigten ein präpariertes Muster, in dem die primären Wurzelgewebe vorhanden waren. Auffallenderweise waren diese Gewebe nach der Entwicklung eines Wurzelmeristems angeordnet.