Стволовые клетки растений - Plant stem cell

текст
Верхушка корня (10X) 1) Меристем; 2) Колумель 3) Боковая часть наконечника; 4) мертвые клетки; 5) Зона удлинения

Стволовые клетки растений врожденные недифференцированные клетки расположен в меристемы из растения.[1] Растение стволовые клетки служат источником жизнеспособности растений, поскольку они поддерживают себя, обеспечивая при этом постоянный запас клетки-предшественники для образования дифференцированных тканей и органов у растений.[2][неудачная проверка ] Различают две отдельные области стволовых клеток: апикальную меристему и боковую меристему.

Стволовые клетки растений характеризуются двумя отличительными свойствами, а именно: способность создавать все дифференцированная клетка типы и способность к самообновлению, так что количество стволовых клеток сохраняется.[3] Стволовые клетки растений никогда не подвергаются процесс старения но бессмертно дают начало новым специализированным и неспециализированным клеткам, и у них есть потенциал для роста в любой орган, ткань или клетку в теле.[2][неудачная проверка ] Таким образом они тотипотент клетки, обладающие регенерирующими способностями, которые облегчают рост растений и производство новых органов на протяжении всей жизни.[1][неудачная проверка ]

В отличие от животных растения неподвижны. Поскольку растения не могут избежать опасности, начав движение, им нужен специальный механизм, чтобы выдерживать различные, а иногда и непредвиденные обстоятельства. экологический стресс. Здесь то, что дает им возможность противостоять суровому внешнему воздействию и сохранять жизнь, - это стволовые клетки. Фактически, растения составляют самые старые и самые крупные живые организмы на Земле, в том числе Бристлеконские сосны в Калифорния, США (4842 года) и Гигантская секвойя в горных районах Калифорнии, США (высота 87 метров, вес 2000 тонн).[4] Это возможно, потому что у них есть модульный план тела, который 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 корневая апикальная меристема (БАРАН), отросток апикальной меристемы (SAM) и сосудистая система ((про) камбий или сосудистая меристема.)[5]

Исследования и разработки

Традиционно считалось, что стволовые клетки растений 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 способностью дифференцироваться в одну или более специализированные типы клеток ».[6][неудачная проверка ]

Камбий это тип меристемы с тонкими стенками, которые существуют небольшими популяциями внутри растения. Благодаря этой структурной характеристике при приложении к нему физической силы он легко повреждается в самом процессе изоляции, теряя свои характеристики стволовых клеток. Несмотря на 160 лет биологических усилий по выделению и извлечению стволовых клеток растений, ни одному из них не удалось выделить из-за отчетливых структурных характеристик стволовых клеток растений: «[t] камбий состоит из нескольких слоев узких удлиненных тонкостенных клеток, легко повредить во время отбора проб ». Эта очень уязвимая особенность провела исследования камбиальной структуры и ультраструктура трудно достичь обычными методами. Таким образом, неудача в выделении стволовых клеток растений из меристематических тканей побудила ученых использовать культуру растительных клеток. мозоль (дедифференцированные клетки) в качестве альтернативы стволовым клеткам растений.

Каллус, или дедифференцированные клетки, являются соматические клетки которые проходят дедифференцировка вызвать тотипотент эмбриогенный клетки, которые временно приобретают способность размножаться и / или регенерировать эмбрион. Поскольку эмбриогенные клетки считались тотипотентными клетками на основании их способности регенерировать или развиваться в эмбрион в данных условиях, дедифференцированные клетки обычно считались стволовыми клетками растений: «… мы предлагаем расширить концепцию стволовых клеток, включив в нее эмбриогенные стволовые клетки, которые возникают из соматических клеток растений. Мы исследуем клеточные, физиологические и молекулярные сходства и различия между меристематическими стволовыми клетками растений и эмбриогенными стволовыми клетками, происходящими непосредственно из отдельных соматических клеток ».

Растительные стволовые клетки против каллуса

Несмотря на то, что каллус проявляет ряд свойств, подобных стволовым клеткам, в течение временного периода и что его культивировали для получения полезных растительных соединений в качестве альтернативного источника стволовых клеток растений, каллус и стволовые клетки растений фундаментально отличаются друг от друга. Каллус похож на стволовые клетки растений по способности к дифференцировке, но они отличаются по своему происхождению. В то время как стволовые клетки растений существуют в меристематических тканях растений, каллус получается как временная реакция на лечение ран в соматических клетках.

Более того, каллус подвергается дедифференцировке, поскольку дифференцированные клетки приобретают способность дифференцироваться; но генетическая вариация неизбежен в процессе, потому что клетки состоят из соматических недифференцированных клеток взрослого рассматриваемого растения. В отличие от настоящих стволовых клеток, каллус неоднородный. По этой причине непрерывное и стабильное деление каллуса затруднено. Следовательно, стволовая клетка растения, происходящая из камбия, является бессмертной клеткой, тогда как стволовая клетка из каллуса является временно дедифференцированной клеткой, полученной при стимуляции соматической клетки.

Более того, способность к дифференцировке и пролиферации отличается от того, что различия между стволовыми клетками растений и каллусами преобладают в культуре и исследованиях. Только стволовые клетки растений, встроенные в меристемы, могут делиться и давать клетки, которые дифференцируются, давая начало новым стволовым клеткам. Эти бессмертные клетки делятся бесконечно.

Инновации в биопроцессах

Растительные клетки культивируют для получения полезных для растений соединений. тем не мение клеточные культуры часто мешают различные факторы, особенно если культивирование клеток продолжается долгое время. Однако высокая жизнеспособность и структурные характеристики стволовых клеток растений преодолевают предыдущие недостатки культуры клеток растений. Таким образом, культура стволовых клеток растений является наиболее идеальным и продуктивным методом культивирования клеток и фитохимического производства, поскольку клетки успешно культивируются в массе при сохранении качества.

Дальнейшие приложения

Многочисленные лекарства, духи, пигменты, противомикробные препараты, и инсектициды получены из растительных натуральных продуктов. Культивированный Cамбиальный Mэристематический Cells (CMC) может обеспечить рентабельный, экологически чистый и устойчивый источник важных натуральных продуктов, включая паклитаксел. В отличие от выращивания растений, этот подход не подвержен непредсказуемости, вызванной изменениями климатических условий или политической нестабильностью в определенных частях мира. Кроме того, CMC из справочных спецификаций также могут быть важным биологическим инструментом для исследования функции стволовых клеток растений.

В 2010 г. исследователи из Институт стволовых клеток растений [ко ] (бывший Институт науки и технологий Унхва) представили свои данные миру через Nature Biotechnology. Их исследование продемонстрировало первую в мире изоляцию камбиальных меристематических клеток. Из-за ценных и полезных для здоровья человека соединений (например, паклитаксела), которые секретируются СМС, эта технология считается серьезным прорывом в биотехнологии растений.[7][неосновной источник необходим ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Вайгель Д., Юргенс Г. (февраль 2002 г.). «Стволовые клетки, из которых состоят стебли». Природа. 415 (6873): 751–4. Bibcode:2002 Натур.415..751Вт. Дои:10.1038 / 415751a. PMID  11845197. S2CID  9032410.
  2. ^ а б Сабловски Р. (ноябрь 2004 г.). «Стволовые клетки растений и животных: концептуально похожи, молекулярно различны?». Тенденции в клеточной биологии. 14 (11): 605–11. Дои:10.1016 / j.tcb.2004.09.011. PMID  15519849.
  3. ^ Scheres B (август 2005 г.). «Стволовые клетки: перспектива биологии растений». Клетка. 122 (4): 499–504. Дои:10.1016 / j.cell.2005.08.006. HDL:1874/21117. PMID  16145811. S2CID  1705295.
  4. ^ «База данных голосеменных растений». Pinus longaeva. 15 марта 2007 г.. Получено 2006-07-25.
  5. ^ Хиракава Ю., Синохара Х., Кондо Ю., Иноуэ А., Наканомио И., Огава М., Сава С., Охаши-Ито К., Мацубаяси Ю., Фукуда Х (сентябрь 2008 г.). «Неклеточно-автономный контроль судьбы сосудистых стволовых клеток с помощью системы пептид / рецептор CLE». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 105 (39): 15208–13. Bibcode:2008PNAS..10515208H. Дои:10.1073 / pnas.0808444105. ЧВК  2567516. PMID  18812507.
  6. ^ 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. PMID  12115858.
  7. ^ Ли EK, Jin YW, Park JH, Yoo YM, Hong SM, Amir R, Yan Z, Kwon E, Elfick A, Tomlinson S, Halbritter F, Waibel T, Yun BW, Loake GJ (ноябрь 2010 г.). «Культивируемые клетки камбиальной меристемы как источник растительных натуральных продуктов». Природа Биотехнологии. 28 (11): 1213–7. Дои:10.1038 / nbt.1693. PMID  20972422. S2CID  205274906.

дальнейшее чтение