اطلاعات عمومی,ویکی ژن
مواد تنظیمکننده رشد گیاهی (Plant Growth Regulators)
مقدمهای بر مواد تنظیمکننده رشد گیاهی
تنظیمکنندههای رشد گیاهی (PGRs) ترکیباتی هستند که حتی در غلظتهای بسیار کم، رشد، تقسیم سلولی، تمایز و باززایی سلولهای گیاهی را کنترل میکنند. در کشت بافت، انتخاب نوع و غلظت این مواد نقش تعیینکنندهای در موفقیت کشت دارد؛ بهطوریکه تغییر جزئی در ترکیب آنها میتواند مسیر رشد ریزنمونه را از تشکیل کالوس به شاخهزایی، ریشهزایی یا جنینزایی سوماتیک تغییر دهد.
علاوه بر تنظیمکنندههای افزودهشده به محیط، میزان هورمونهای درونی گیاه، سن ریزنمونه، ژنوتیپ، نور، دما و ترکیب محیط کشت نیز بر پاسخ گیاه اثر میگذارند؛ بنابراین برای همه گونهها نمیتوان از یک فرمول ثابت استفاده کرد و هر پروتکل باید بهصورت اختصاصی بهینه شود.
اگرچه پنج گروه اصلی تنظیمکننده رشد شامل اکسینها، سیتوکینینها، جیبرلینها، آبسیزیک اسید (ABA) و اتیلن هستند، اما در بیشتر پروتکلهای کشت بافت، دو گروه اکسینها و سیتوکینینها بیشترین اهمیت را دارند. نسبت این دو هورمون، سرنوشت ریزنمونه را مشخص میکند؛ بهطور کلی غلظت بالای اکسین نسبت به سیتوکینین ریشهزایی را تحریک میکند، افزایش سیتوکینین نسبت به اکسین موجب شاخهزایی میشود و مقادیر نسبتاً متعادل آنها معمولاً به تشکیل کالوس منجر خواهد شد.
اکسینها (Auxins)
اکسینها مهمترین تنظیمکنندههای رشد در القای ریشه، تشکیل کالوس، تقسیم سلولی و تمایز بافتهای آوندی هستند. این گروه همچنین در حفظ غالبیت انتهایی و کنترل رشد اندامها نقش دارند. در کشت بافت، نوع اکسین انتخابشده و غلظت آن اهمیت زیادی دارد، زیرا غلظتهای پایین معمولاً ریشهزایی را تقویت میکنند، در حالی که غلظتهای بالاتر بیشتر برای القای کالوس یا حفظ کشتهای سلولی استفاده میشوند.
مهمترین اکسینها عبارتاند از:
- IAA (Indole-3-acetic acid) : اکسین طبیعی گیاه است، اما به دلیل حساسیت به نور، اکسیژن و برخی آنزیمهای گیاهی، پایداری کمی دارد و در بسیاری از پروتکلها با اکسینهای مصنوعی جایگزین میشود.
- IBA (Indole-3-butyric acid) : یکی از پرکاربردترین اکسینها برای ریشهزایی است. این ترکیب پایداری بیشتری نسبت به IAA دارد و در بسیاری از گونهها نتایج مطلوبتری ایجاد میکند.
- NAA (Naphthalene acetic acid) : اکسینی مصنوعی و پایدار است که هم در ریشهزایی و هم در القای کالوس کاربرد دارد و در بسیاری از محیطهای کشت مورد استفاده قرار میگیرد.
- 2,4-D (2,4-Dichlorophenoxyacetic acid) : مهمترین اکسین مورد استفاده برای القای کالوس، حفظ کالوس و کشتهای سوسپانسیون سلولی است. همچنین در بسیاری از گونهها برای القای جنینزایی سوماتیک استفاده میشود، اما به دلیل اثر مهارکننده بر تمایز، معمولاً پس از تشکیل کالوس از محیط حذف یا غلظت آن کاهش داده میشود.
- Picloram : در برخی گونههای گیاهی، بهویژه در جنینزایی سوماتیک، عملکرد مناسبی دارد، اما استفاده از آن نسبت به سایر اکسینها محدودتر است.
سیتوکینینها (Cytokinins)
سیتوکینینها مهمترین هورمونهای تحریککننده تقسیم سلولی، رشد جوانهها و شاخهزایی هستند. این گروه با کاهش غالبیت انتهایی، موجب فعال شدن جوانههای جانبی و افزایش تکثیر گیاهچهها میشوند. در بسیاری از پروتکلهای ریزازدیادی، افزایش تعداد شاخهها با استفاده از سیتوکینینها انجام میشود.
مهمترین سیتوکینینهای مورد استفاده عبارتاند از:
- BAP یا BA (Benzylaminopurine): رایجترین سیتوکینین در کشت بافت است. قیمت مناسب، پایداری خوب و توانایی بالا در تحریک شاخهزایی، آن را به پرمصرفترین سیتوکینین تبدیل کرده است. البته غلظتهای زیاد آن ممکن است موجب بروز ناهنجاریهای رشدی یا افزایش تنوع سوماکلونال شود.
- Kinetin : یکی از نخستین سیتوکینینهای مورد استفاده در کشت بافت است که امروزه نسبت به BAP کمتر استفاده میشود، اما همچنان در برخی پروتکلها کاربرد دارد.
- Zeatin : سیتوکینین طبیعی گیاه است و در بعضی گونهها عملکرد بهتری نسبت به انواع مصنوعی نشان میدهد، هرچند هزینه بالاتر استفاده از آن را محدود کرده است.
- 2-iP (2-isopentenyl adenine) : یک سیتوکینین طبیعی است که در برخی محیطهای کشت برای تکثیر جوانه یا اندامزایی به کار میرود.
- TDZ (Thidiazuron) : ترکیبی بسیار قوی است که علاوه بر اثر سیتوکینینی، تا حدودی فعالیت مشابه اکسین نیز دارد. این ماده در بسیاری از گونههای مقاوم به باززایی نتایج بسیار خوبی ایجاد میکند، اما مصرف بیش از حد آن میتواند مانع رشد طبیعی شاخهها شود.
جیبرلینها (Gibberellins)
جیبرلینها بیشتر در افزایش طول ساقه، شکستن خواب بذر و جوانهزنی نقش دارند و برخلاف اکسینها و سیتوکینینها، نقش محدودی در باززایی بافت دارند. مهمترین عضو این گروه GA₃ (Gibberellic acid) است که در برخی گونهها برای افزایش رشد گیاهچه یا رفع خواب بذر و جنین استفاده میشود. این ماده نسبت به حرارت حساس است و معمولاً پس از استریل شدن محیط، از طریق فیلتراسیون به آن افزوده میشود.
آبسیزیک اسید (Abscisic Acid; ABA)
ABA عمدتاً به عنوان هورمون بازدارنده رشد شناخته میشود و در پاسخ گیاه به تنشهایی مانند خشکی، شوری و سرما نقش مهمی دارد. در کشت بافت، کاربرد اصلی آن در بلوغ و تکامل جنینهای سوماتیک، جلوگیری از جوانهزنی زودرس و کنترل رشد بیش از حد بافتهاست. اگرچه استفاده از ABA نسبت به اکسینها و سیتوکینینها محدودتر است، اما در پروتکلهای جنینزایی سوماتیک اهمیت ویژهای دارد.
اتیلن (Ethylene)
اتیلن تنها هورمون گیاهی است که به صورت گاز تولید میشود. در ظروف دربسته کشت بافت، این گاز بهتدریج تجمع یافته و ممکن است موجب کاهش رشد، پیری زودرس، ریزش برگ یا ایجاد ناهنجاریهای رشدی شود. تولید اتیلن معمولاً در شرایط تنش یا در حضور برخی تنظیمکنندههای رشد، بهویژه اکسینها، افزایش مییابد. برای کاهش اثرات منفی آن میتوان از تهویه مناسب، درپوشهای قابل تبادل گاز یا جاذبهایی مانند زغال فعال استفاده کرد.
اهمیت نسبت اکسین و سیتوکینین
در بیشتر پروتکلهای کشت بافت، نوع پاسخ ریزنمونه بیش از آنکه به مقدار مطلق هر هورمون وابسته باشد، به نسبت اکسین و سیتوکینین بستگی دارد که معمولا چنین الگویی را دنبال میکنند:
- اکسین زیاد + سیتوکینین کم: القای ریشهزایی
- اکسین و سیتوکینین در مقادیر نسبتاً متعادل: تشکیل کالوس
- سیتوکینین زیاد + اکسین کم: شاخهزایی و تکثیر جوانهها
این اصل، پایه طراحی بیشتر محیطهای کشت در ریزازدیادی، باززایی گیاه و مهندسی ژنتیک گیاهی محسوب میشود.
جمعبندی
تنظیمکنندههای رشد، مهمترین ابزار کنترل رشد و تمایز سلولهای گیاهی در شرایط درونشیشهای هستند. از میان آنها، اکسینها و سیتوکینینها بیشترین کاربرد را دارند و با تنظیم نسبت این دو میتوان تشکیل ریشه، کالوس، شاخه یا حتی جنین سوماتیک را هدایت کرد.
جیبرلینها، ABA و اتیلن نیز اگرچه کاربرد محدودتری دارند، اما در برخی مراحل مانند رفع خواب، بلوغ جنین یا کنترل رشد نقش مهمی ایفا میکنند. از آنجا که پاسخ گیاهان به تنظیمکنندههای رشد وابسته به گونه، ژنوتیپ، نوع ریزنمونه و شرایط محیطی است، بهینهسازی ترکیب هورمونی برای هر گونه یکی از مهمترین مراحل طراحی پروتکلهای موفق کشت بافت به شمار میرود.
همچنین بخوانید:
