Стволовые клетки растений
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Стволовые клетки растений
[ редактировать ]Стволовые клетки растений — это врожденно недифференцированные клетки, в меристемах растений расположенные . [1] растений Стволовые клетки служат источником жизнеспособности растений, поскольку они поддерживают себя, обеспечивая при этом постоянный запас клеток-предшественников для формирования дифференцированных тканей и органов растений. [2] [ не удалось пройти проверку ] Выделяют две отдельные области стволовых клеток: апикальную меристему и латеральную меристему.
Стволовые клетки растений характеризуются двумя отличительными свойствами: способностью создавать все дифференцированные типы клеток и способностью самообновляться таким образом, чтобы количество стволовых клеток поддерживалось. [3] Стволовые клетки растений никогда не подвергаются процессу старения , а бессмертно дают начало новым специализированным и неспециализированным клеткам, и у них есть потенциал вырасти в любой орган, ткань или клетку организма. [2] [ не удалось пройти проверку ] Таким образом, они представляют собой тотипотентные клетки, обладающие регенеративными способностями, которые способствуют росту растений и производству новых органов на протяжении всей жизни. [1] [ не удалось пройти проверку ]
В отличие от животных растения неподвижны. Поскольку растения не могут избежать опасности, перейдя в движение, им необходим специальный механизм, позволяющий противостоять различным, а иногда и непредвиденным стрессам окружающей среды . Здесь то, что дает им возможность противостоять суровому внешнему воздействию и сохранять жизнь, — это стволовые клетки. Фактически, растения включают в себя самые старые и самые крупные живые организмы на Земле, в том числе сосны Бристлекон в Калифорнии , США (возраст 4842 года) и гигантскую секвойю в горных районах Калифорнии, США (87 метров в высоту и 2000 тонн в весе). . [4] Это возможно, потому что у них есть модульная конструкция тела, которая позволяет им выдерживать значительные повреждения, инициируя непрерывное и повторяющееся образование новых структур и органов, таких как листья и цветы . [1]
Стволовые клетки растений также характеризуются своим расположением в специализированных структурах, называемых меристематическими тканями, которые расположены в апикальной меристеме корня (RAM), апикальной меристеме побега (SAM) и сосудистой системе ( (про) камбии или сосудистой меристеме). [5]
Исследования и разработки
[ редактировать ]Традиционно считалось, что растительные стволовые клетки существуют только в SAM и RAM, и исследования проводились на основе этого предположения. Однако недавние исследования показали, что (про)камбий также служит нишей для стволовых клеток растений: «Клетки прокамбия соответствуют критериям стволовых клеток, поскольку они обладают способностью к долгосрочному самообновлению и способности дифференцироваться в одну или несколько клеток. более специализированные типы клеток». [6] [ не удалось пройти проверку ]
Камбий — это тип меристемы с тонкими стенками, которая существует в небольших популяциях внутри растения. Из-за этой структурной особенности, если к нему приложить физическую силу, он легко повреждается в самом процессе выделения, теряя свои свойства стволовых клеток. Несмотря на 160 лет биологических усилий по выделению и извлечению стволовых клеток растений, ни одна из них не удалась из-за определенных структурных характеристик растительных стволовых клеток: «[т] камбий состоит из нескольких слоев узких удлиненных, тонкостенных клеток, легко повредить во время отбора проб». Эта весьма уязвимая особенность затруднила проведение исследований камбиальной структуры и ультраструктуры с помощью традиционных методов. Таким образом, неспособность изолировать растительные стволовые клетки из меристематических тканей побудила ученых использовать культуру растительных клеток, используя каллус (дедифференцированные клетки) в качестве альтернативы растительным стволовым клеткам.
Каллус , или дедифференцированные клетки, представляют собой соматические клетки , которые подвергаются дедифференцировке с образованием тотипотентных эмбриогенных клеток, которые временно приобретают способность к пролиферации и/или регенерации эмбриона . Поскольку эмбриогенные клетки считались тотипотентными клетками на основании их способности регенерировать или развиваться в эмбрион в данных условиях, дедифференцированные клетки обычно рассматривались как стволовые клетки растений: «…мы предлагаем расширить понятие стволовых клеток, включив в него эмбриогенные стволовые клетки, которые возникают из соматических клеток растений. Мы изучаем клеточные, физиологические и молекулярные сходства и различия между меристематическими стволовыми клетками растений и эмбриогенными стволовыми клетками, происходящими непосредственно из отдельных соматических клеток».
Стволовые клетки растений против каллуса
[ редактировать ]Несмотря на то, что каллус в течение определенного периода времени проявляет ряд свойств, подобных стволовым клеткам, и что его культивируют для получения полезных растительных соединений в качестве альтернативного источника растительных стволовых клеток, каллус и растительные стволовые клетки фундаментально отличаются друг от друга. Каллус похож на стволовые клетки растений по своей способности к дифференцировке, но они различаются по своему происхождению. Хотя растительные стволовые клетки существуют в меристематических тканях растения, каллус получается как временная реакция на заживление ран в соматических клетках.
Более того, каллус подвергается дедифференцировке, поскольку дифференцированные клетки приобретают способность к дифференцировке; но генетическая изменчивость в этом процессе неизбежна, поскольку клетки состоят из соматических недифференцированных клеток взрослого растения. В отличие от истинных стволовых клеток, каллус гетерогенен . По этой причине непрерывное и стабильное деление клеток каллуса затруднено. Следовательно, стволовая клетка растения, происходящая из камбия, является иммортализованной клеткой, тогда как стволовая клетка каллуса представляет собой временно дедифференцированную клетку, полученную в результате стимуляции соматической клетки.
Более того, способность дифференцироваться и пролиферировать отличается от различий между растительными стволовыми клетками и каллусами, которые преобладают в культуре и исследованиях. Только стволовые клетки растений, встроенные в меристемы, могут делиться и давать начало клеткам, которые дифференцируются и дают начало новым стволовым клеткам. Эти бессмертные клетки делятся бесконечно.
Биотехнологические инновации
[ редактировать ]Растительные клетки культивируют для получения полезных для растений соединений. Однако культивированию клеток часто препятствуют различные факторы, особенно если культивирование клеток продолжается в течение длительного времени. Однако высокая жизнеспособность и структурные характеристики растительных стволовых клеток преодолевают предыдущие недостатки культуры растительных клеток. Таким образом, культура стволовых клеток растений является наиболее идеальным и продуктивным методом культивирования клеток и фитохимического производства, поскольку клетки успешно культивируются в массе, сохраняя при этом качество.
Дальнейшие применения
[ редактировать ]Многочисленные лекарства , парфюмерия , пигменты , противомикробные препараты и инсектициды производятся из натуральных растительных продуктов. Культивированные камбиала меристематические клетки ( КМЦ ) могут обеспечить экономически эффективный, экологически чистый и устойчивый источник важных натуральных продуктов, включая паклитаксел . В отличие от выращивания растений, этот подход не подвержен непредсказуемости, вызванной изменением климатических условий или политической нестабильностью в определенных частях мира. Кроме того, КМЦ из справочных спецификаций могут также стать важным биологическим инструментом для изучения функции стволовых клеток растений.
В 2010 году исследователи из Института стволовых клеток растений (бывший Институт науки и технологий Унхва) представили миру свои данные с помощью природной биотехнологии. Их исследование продемонстрировало первую в мире изоляцию камбиальных меристематических клеток. Благодаря ценным и полезным для здоровья человека соединениям (например, паклитакселу), которые секретируются КМЦ, эта технология считается серьезным прорывом в биотехнологии растений. [7] [ нужен неосновной источник ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Вайгель Д., Юргенс Г. (февраль 2002 г.). «Стволовые клетки, образующие стебли» . Природа . 415 (6873): 751–4. Бибкод : 2002Natur.415..751W . дои : 10.1038/415751a . ПМИД 11845197 . S2CID 9032410 .
- ^ Перейти обратно: а б Сабловский Р. (ноябрь 2004 г.). «Стволовые клетки растений и животных: концептуально схожие, молекулярно разные?». Тенденции в клеточной биологии . 14 (11): 605–11. дои : 10.1016/j.tcb.2004.09.011 . ПМИД 15519849 .
- ^ Шерес Б. (август 2005 г.). «Стволовые клетки: взгляд на биологию растений». Клетка . 122 (4): 499–504. дои : 10.1016/j.cell.2005.08.006 . hdl : 1874/21117 . ПМИД 16145811 . S2CID 1705295 .
- ^ «База данных голосеменных растений» . Сосна длинная . 15 марта 2007 года . Проверено 25 июля 2006 г.
- ^ Хиракава Ю, Синохара Х, Кондо Ю, Иноуэ А, Наканомио И, Огава М, Сава С, Охаси-Ито К, Мацубаяси Ю, Фукуда Х (сентябрь 2008 г.). «Неклеточный автономный контроль судьбы сосудистых стволовых клеток с помощью системы пептид/рецептор CLE» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (39): 15208–13. Бибкод : 2008PNAS..10515208H . дои : 10.1073/pnas.0808444105 . ПМК 2567516 . ПМИД 18812507 .
- ^ Элисон М.Р., Поулсом Р., Форбс С., Райт Н.А. (июль 2002 г.). «Введение в стволовые клетки» . Журнал патологии . 197 (4): 419–23. дои : 10.1002/путь.1187 . ПМИД 12115858 .
- ^ Ли Э.К., Джин Ю.В., Пак Дж.Х., Ю Ю.М., Хон СМ, Амир Р., Ян З., Квон Э., Элфик А., Томлинсон С., Хэлбриттер Ф., Вайбель Т., Юн Б.В., Лоак Г.Дж. (ноябрь 2010 г.). «Культивируемые камбиальные меристематические клетки как источник растительных натуральных продуктов». Природная биотехнология . 28 (11): 1213–7. дои : 10.1038/nbt.1693 . ПМИД 20972422 . S2CID 205274906 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Сингх М.Б., Бхалла П.Л. (май 2006 г.). «Стволовые клетки растений занимают свою нишу». Тенденции в науке о растениях . 11 (5): 241–6. doi : 10.1016/j.tplants.2006.03.004 . ПМИД 16616580 .
- Вайгель Д., Юргенс Г. (февраль 2002 г.). «Стволовые клетки, образующие стебли» . Природа . 415 (6873): 751–4. Бибкод : 2002Natur.415..751W . дои : 10.1038/415751a . ПМИД 11845197 . S2CID 9032410 .
- Иванов В.Б. (октябрь 2007 г.). «Окислительный стресс, образование и поддержание корневых стволовых клеток». Биохимия. Биохимия . 72 (10): 1110–4. дои : 10.1134/s0006297907100082 . ПМИД 18021068 . S2CID 14674628 .
- Мюллер Б., Шин Дж. (июнь 2008 г.). «Взаимодействие цитокинина и ауксина в спецификации стволовых клеток корня во время раннего эмбриогенеза» . Природа . 453 (7198): 1094–7. Бибкод : 2008Natur.453.1094M . дои : 10.1038/nature06943 . ПМК 2601652 . ПМИД 18463635 .
- Ноймюллер Р.А., Бетчингер Дж., Фишер А., Бушати Н., Пернбахер И., Мехтлер К., Коэн С.М., Кноблих Дж.А. (июль 2008 г.). «Mei-P26 регулирует микроРНК и рост клеток линии стволовых клеток яичников дрозофилы» . Природа . 454 (7201): 241–5. Бибкод : 2008Natur.454..241N . дои : 10.1038/nature07014 . ПМК 2988194 . ПМИД 18528333 .
- Шерес Б. (май 2007 г.). «Ниши стволовых клеток: детские стишки разных королевств». Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 8 (5): 345–54. дои : 10.1038/nrm2164 . ПМИД 17450175 . S2CID 34588810 .
- Эрик, Саймон; Кэмпбелл, Нил; Рис, Джейн (2007). Основная биология с физиологией . Сан-Франциско, Калифорния: Пирсон Бенджамин Камминс. ISBN 9780805368413 .
- Стейвли Б.Е. (10 декабря 2008 г.). «Развитие завода» . Кафедра биологии. Мемориальный университет Ньюфаундленда. Архивировано из оригинала 30 ноября 2012 года . Проверено 8 сентября 2017 г.