Геномна мінливість соматичних клітин рослин. 7. Мінливість популяційно-генетичних параметрів у культурі in vitro

Abstract

Зроблено огляд даних щодо особливостей клітинних популяцій, які тривалий час вирощувалися в умовах in vitro, як нової експериментально створеної біологічної системи. Розглянуто форми добору, що діють у клітинних популяціях. Виявлено добову (циркадну) та пасажну ритміки змін генетичної структури проліферуючої складової популяцій. Зроблено висновок про те, що стабільна ритміка розмноження клітин, розмежування в часі поділів клітин з різними геномами, динамічна стабільність генетичної гетерогенності і особливо унікальна здатність до відтворення генетич­ної структури вихідної гетерогенної популяції окремими клітинами при клонуванні свідчать про наявність високоефективного фізіологічного та генетичного (популяційного) гомеостазу в клі­тинних популяціях in vitro. Висловлено припущення, що одна окрема клітина здатна не лише зберігати, але й за певних умов реалізувати спроможність відновлювати генетичне різноманіття даного виду, а, можливо, й роду рослин. Розглянуто також особливості фенотипової гетероген­ності клітинних популяцій за кількісними ознаками, зокрема, за рівнем накопичення вторинних сполук – алкалоїдів і нафтохінонів та можливі шляхи визначення успадковуваності кількісних ознак. Наведено дані стосовно ефективності застосування в клітинній селекції запропонованих статистично-генетичних методів для визначення гетерогенності, мінливості, успадковуваності і використання цих параметрів для розробки оптимальних способів підвищення продуктивності клітинних культур.

The results concerning the peculiarities of cell populations maintained in vitro conditions for a long time as a novel experimentally developed biological system were reviewed. The selection forms operating in cell populations were discussed. The circadian and passage rhythm of changes in the genetic structure of the prolific component of the population was established. It was concluded that the stable rhythm of cell propagation, time-dependent pattern of division in cells with differing genomes, the dynamic stability of the genetic heterogeneity and especially the unique potential to restore the genetic structure of the initially heterogeneous population by individual cells upon cloning suggest the existence of the highly effective physiological and genetic homeostasis in the cell populations in vitro. It was speculated that a single cell was capable not only to retain, but under certain conditions, realize its potential to recover the genetic variety of the species involved and probably the plant genus as well. The features of phenotypic heterogeneity of the cell populations according to the quantitative characteristics, in particular, the level of the secondary alkaloid compounds and naphtoquinoine accumulation, and possible ways of estimating the quantitative traits heritability were also discussed. The usage of proposed statistical-genetic methods in the cell selection for evaluation of heterogeneity, variability, heritability is stated to be effective, these parameters being beneficial to optimize the ways for improvement of cell culture productivity.

Сделан обзор данных, касающихся особенностей клеточных популяций, длительное время выращиваемых в условиях in vitro, как новой экспериментально созданной биологической системы. Рассмотрены формы отбора, действующие в клеточных популяциях. Выявлено суточную (циркадную) и пас­сажную ритмики изменений генетической структуры пролиферирующей составляющей популяций. Сделано заключение о том, что стабильная ритмика размножения клеток, разгра­ничения во времени деления клеток с разными геномами, динамическая стабильность генетической гетерогенности и особенно уникальная способность к воссозданию генетической структуры исходной гетерогенной популяции отдельными клетками при клонировании свидетельствуют о наявности высокоэффективного физиологического и генетического (популяционного) гомеостаза в клеточных популяциях in vitro. Высказано предположение, что одна отдельная клетка способ­на не только сохранять, но и в определенных условиях реали­зовать способность восстанавливать генетическое разнообра­зие данного вида, а, возможно, и рода растений. Рассмотрены также особенности фенотипической гетерогенности клеточ­ных популяций по количественным признакам, в частности, по уровню накопления вторичных соединений – алкалоидов и нафтохинонов и возможные пути определения наследуемости количественных признаков. Приведены данные по эффективно­ сти применения в клеточной селекции предложенных статистико-генетических методов для определения гетерогенно­сти, изменчивости, наследуемости и использования этих па­раметров для разработки оптимальных способов повышения продуктивности клеточных культур.