انواع ریزنمونه‌های کشت بافت گیاهی

مقدمه‌ای بر انواع ریزنمونه‌های کشت بافت گیاهی

یکی از نخستین تصمیم‌هایی که موفقیت یا شکست یک پروتکل کشت بافت را تعیین می‌کند، انتخاب ریزنمونه (Explant) مناسب است. ریزنمونه به هر بخش زنده‌ای از گیاه گفته می‌شود که پس از ضدعفونی در شرایط استریل روی محیط کشت قرار می‌گیرد و توانایی رشد، تقسیم سلولی یا باززایی را دارد. این بخش می‌تواند از مریستم، جوانه، برگ، ساقه، ریشه، اندام‌های زایشی، بذر و حتی یک سلول منفرد مانند پروتوپلاست تهیه شود.

انتخاب ریزنمونه تنها به در دسترس بودن بافت بستگی ندارد، بلکه باید با هدف آزمایش نیز هماهنگ باشد. برای مثال، در تولید گیاهان عاری از ویروس معمولاً از مریستم استفاده می‌شود، در حالی که تولید گیاهان هاپلوئید به کشت بساک، گرده یا سایر بافت‌های زایشی وابسته است. از سوی دیگر، مهندسی ژنتیک، تولید کالوس، ریزازدیادی و تولید متابولیت‌های ثانویه نیز هر کدام به ریزنمونه‌های متفاوتی نیاز دارند. بنابراین شناخت ویژگی‌ها، مزایا و محدودیت‌های هر نوع ریزنمونه، یکی از مهم‌ترین مهارت‌های عملی در کشت بافت گیاهی محسوب می‌شود.

چه عواملی بر پاسخ ریزنمونه در کشت بافت اثر می‌گذارند؟

حتی اگر از یک محیط کشت استاندارد استفاده شود، همه ریزنمونه‌ها رفتار یکسانی نشان نمی‌دهند. مهم‌ترین عوامل مؤثر عبارت‌اند از:

ژنوتیپ گیاه

توانایی باززایی تا حد زیادی به ویژگی‌های ژنتیکی گیاه وابسته است. حتی دو رقم از یک گونه ممکن است پاسخ کاملاً متفاوتی به یک پروتکل مشابه نشان دهند. این ویژگی یک صفت چندژنی است و علاوه بر ژنتیک، از شرایط محیطی نیز تأثیر می‌پذیرد.

وضعیت گیاه مادری

سلامت، سن، تغذیه، فصل رشد و شرایط نوری گیاه مادری کیفیت ریزنمونه را تعیین می‌کنند. به همین دلیل، بسیاری از آزمایشگاه‌ها گیاهان مادری را پیش از نمونه‌گیری در گلخانه یا اتاق رشد تحت شرایط کنترل‌شده نگهداری می‌کنند.

سن و مرحله رشدی بافت

بافت‌های جوان معمولاً قابلیت تقسیم و باززایی بیشتری نسبت به بافت‌های مسن دارند. برای مثال، جنین‌های نابالغ یا میکروسپورهای تک‌هسته‌ای معمولاً بسیار بهتر از بافت‌های بالغ به کشت بافت پاسخ می‌دهند، زیرا سلول‌های آن‌ها هنوز توانایی تمایز مجدد بالایی دارند.

مهم‌ترین انواع ریزنمونه در کشت بافت گیاهی

• مریستم

مریستم‌ها نواحی فعال تقسیم سلولی در نوک ساقه، جوانه‌های جانبی و نوک ریشه هستند. به دلیل تقسیم سریع سلول‌ها و تمایزنیافتگی نسبی بافت‌های آوندی، تراکم ویروس‌ها در این نواحی معمولاً بسیار کمتر از سایر بخش‌های گیاه است؛ به همین علت کشت مریستم یکی از مؤثرترین روش‌های تولید گیاهان عاری از ویروس محسوب می‌شود.

کاربردها: تولید گیاهان سالم و عاری از ویروس، حفظ ژرم‌پلاسم، تکثیر گیاهان حساس، ریزازدیادی با ثبات ژنتیکی بالا

• جوانه‌های جانبی و انتهایی

جوانه‌ها رایج‌ترین ریزنمونه در ریزازدیادی تجاری هستند. از آنجا که باززایی مستقیماً از ساختارهای از پیش تشکیل‌شده انجام می‌شود، احتمال بروز تغییرات ژنتیکی بسیار پایین است و گیاهان حاصل شباهت زیادی به گیاه مادری دارند.

کاربردها: تکثیر انبوه گیاهان، تولید کلون‌های یکنواخت، حفظ ثبات ژنتیکی

• برگ و دمبرگ

قطعات برگ به دلیل دسترسی آسان و سطح تماس زیاد با محیط کشت، در بسیاری از پروتکل‌ها استفاده می‌شوند. سلول‌های برگ معمولاً ابتدا باید توانایی تقسیم مجدد پیدا کنند و سپس از طریق باززایی مستقیم یا غیرمستقیم، گیاه جدید تشکیل دهند.

کاربردها: القای کالوس، باززایی گیاه، مهندسی ژنتیک، تولید گیاهان تراریخت

• ساقه و میانگره

قطعات ساقه و میانگره در بسیاری از گونه‌ها توانایی تشکیل کالوس یا باززایی شاخساره را دارند. میزان موفقیت این ریزنمونه‌ها به گونه گیاهی، ترکیب محیط کشت و تنظیم‌کننده‌های رشد بستگی دارد.

کاربردها: ریزازدیادی، تولید کالوس، باززایی در گیاهان چوبی و زراعی

• ریزنمونه‌های زایشی

این گروه شامل بساک، میکروسپور، گرده، تخمک و جنین است و بیشتر در برنامه‌های اصلاح نباتات مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از مهم‌ترین کاربردهای آن تولید گیاهان هاپلوئید و دابل‌هاپلوئید است که زمان لازم برای دستیابی به لاین‌های خالص را به‌شدت کاهش می‌دهد. جنین نیز در تکنیک‌هایی مانند نجات جنین (Embryo Rescue) برای حفظ دورگ‌های بین‌گونه‌ای یا بین‌جنسی کاربرد فراوانی دارد.

کاربردها: تولید گیاهان هاپلوئید، نجات جنین، اصلاح نباتات

• بذر، هیپوکوتیل و کوتیلدون

بافت‌های حاصل از جوانه‌زنی بذر در شرایط استریل، یکی از بهترین منابع ریزنمونه برای بسیاری از گونه‌های زراعی هستند. این بافت‌ها جوان، فعال و معمولاً فاقد آلودگی‌های سطحی هستند و توان باززایی بالایی دارند.

کاربردها: باززایی گیاه، انتقال ژن، تولید گیاهان تراریخت

• ریشه

اگرچه ریشه نسبت به بسیاری از ریزنمونه‌ها کمتر در ریزازدیادی استفاده می‌شود، اما در برخی گونه‌ها قابلیت باززایی دارد و در مطالعات فیزیولوژی ریشه اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند. همچنین در فناوری ریشه‌های مویین، معمولاً ریزنمونه‌هایی مانند برگ، ساقه یا هیپوکوتیل با Agrobacterium rhizogenes تلقیح می‌شوند و در نتیجه، ریشه‌های مویین از محل تلقیح ایجاد می‌شوند که برای تولید متابولیت‌های ثانویه و پژوهش‌های زیست‌فناوری کاربرد گسترده‌ای دارند.

کاربردها: تولید ریشه‌های مویین، تولید متابولیت‌های ثانویه، مطالعات فیزیولوژی ریشه و مهندسی متابولیک.

• پروتوپلاست

پروتوپلاست سلول گیاهی فاقد دیواره سلولی است که معمولاً با استفاده از آنزیم‌هایی مانند سلولاز و پکتیناز تهیه می‌شود. حذف دیواره، امکان دستکاری مستقیم سلول را فراهم می‌کند، اما حساسیت آن را به تغییرات اسمزی افزایش می‌دهد؛ بنابراین باید در محلول‌های ایزوتونیک نگهداری شود. اگرچه باززایی گیاه کامل از پروتوپلاست در همه گونه‌ها امکان‌پذیر نیست، این ریزنمونه یکی از مهم‌ترین ابزارهای زیست‌فناوری گیاهی محسوب می‌شود.

کاربردها: همجوشی پروتوپلاست و تلاقی سوماتیکی، انتقال مستقیم DNA ، ویرایش ژن، مطالعات غشای سلولی

جمع‌بندی

انتخاب ریزنمونه مناسب، یکی از مهم‌ترین مراحل طراحی هر پروتکل کشت بافت است و می‌تواند سرعت باززایی، میزان آلودگی، ثبات ژنتیکی و حتی نوع محیط کشت مورد نیاز را تحت تأثیر قرار دهد. هیچ ریزنمونه‌ای برای تمام کاربردها بهترین گزینه نیست؛ بلکه انتخاب آن باید بر اساس هدف پروژه، گونه گیاهی و روش باززایی انجام شود. به همین دلیل، آشنایی با ویژگی‌های هر ریزنمونه و شناخت مزایا و محدودیت‌های آن، یکی از مهارت‌های پایه‌ای برای دانشجویان، پژوهشگران و متخصصان حوزه کشت بافت و زیست‌فناوری گیاهی به شمار می‌رود.

همچنین بخوانید: