W jednym z pierwszych wpisów wspominałam o organogenezie, jako o drodze regeneracji w kulturze in vitro całych organów roślinnych (nazywanych w tym przypadku organami przybyszowymi) bezpośrednio z komórek eksplantatu lub pośrednio z komórek kalusa. W szerokim sensie organogeneza jest procesem tworzenia się organów roślin (pędów, korzeni, liści, kwiatów, owoców) z odpowiednich merystematycznych zawiązków. W kulturze in vitro dodatkowo mamy do czynienia z fenomenem tworzenia się organów „od nowa”, tj. w tkankach, które w chwili zakładania hodowli nie zawierały zawiązków tych organów. Pod wpływem warunków kultury, przede wszystkim dostarczonych w pożywce regulatorów wzrostu, w eksplantacie lub w tkance kalusowej powstają centra merystematyczne, w których dochodzi do różnicowania się organów przybyszowych. Ponieważ w kulturze in vitro eksperymentatorom najczęściej zależy na zregenerowaniu całych roślin, to zdecydowanie bardziej interesuje ich organogeneza pędowa, znana też pod nazwą kaulogeneza, niż organogeneza korzeniowa, czyli ryzogeneza. Otrzymane pędy można bowiem na ogół stosunkowo łatwo ukorzenić, podczas gdy „upędowienie” korzeni jest znacznie trudniejsze.

W inicjowaniu organogenezy i w jej przebiegu dużą rolę odgrywają roślinne regulatory wzrostu, przede wszystkim auksyny i cytokininy. Na odpowiednio dobranej pożywce można z jednego niewielkiego eksplantatu uzyskać nawet kilkadziesiąt pędów – tak się dzieje chociażby w kulturach in vitro niektórych roślin doniczkowych jak np. sępolia (Saintpaulia, zwyczajowo nazywana fiołkiem afrykańskim), gloksynia (Sinningia) czy skrętnik (Streptocarpus), gdzie eksplantatami są kilkumilimetrowe fragmenty liści czy ogonków liściowych. Modelową rośliną do badań wpływu auksyn i cytokinin na organogenezę w kulturze in vitro jest tytoń szlachetny (Nicotiana tabacum L.). Na pożywkach z niezbyt wysokimi stężeniami auksyn i cytokinin w kulturach tytoniu tworzy się kalus. Zmiana proporcji tych regulatorów wzrostu prowadzi do regeneracji organów z wytworzonego kalusa, przy czym wzrost stężenia cytokinin powoduje tworzenie się przybyszowych pędów, zaś zwiększenie udziału auksyn – regenerację przybyszowych korzeni.

Ciekawy typ organogenezy obserwuje się w kulturze in vitro roślin cebulowych, np. lilii czy tulipanów. Cebula jest przekształconym pędem podziemnym o bardzo skróconej łodydze (zwanej piętką), na której osadzone są gęsto liście spichrzowe, gromadzące substancje zapasowe. Fragmenty tych liści często wykorzystuje się jako eksplantaty. W wyniku hodowli dochodzi do tworzenia się drobnych, kilkumilimetrowych cebulek przybyszowych – mikrocebul. Jest to również forma kaulogenezy.

W Zespole Biotechnologii Konserwatorskiej zajmujemy się między innymi badaniem zdolności do regeneracji w kulturze in vitro różnych gatunków roślin. Chociaż w naszej pracy przede wszystkim skupiamy się na indukowaniu i poznawaniu procesu somatycznej embriogenezy, to regenerację na drodze organogenezy również wielokrotnie obserwowaliśmy i wykorzystywaliśmy do otrzymywania roślin. Dzięki kaulogenezie na przykład udało się w naszym laboratorium zregenerować z eksplantatów liści stransformowanych za pomocą Agrobacterium tumefaciens pędy goryczki tybetańskiej (Gentiana tibetica) i tym samym otrzymać rośliny zmodyfikowane genetycznie. Innym przykładem mogą być goryczki otrzymane z pędów zregenerowanych w kulturach protoplastów izolowanych z liści na pożywkach z bardzo wysokim stężeniem cytokinin i niskim stężeniem auksyn. Z kolei ryzogenezę, czyli regenerację samych korzeni, obserwowaliśmy wielokrotnie w różnych typach i na różnych etapach kultur in vitro – zarówno w kulturach płynnych, jak i na pożywkach agarowych, na tkance kalusowej, jak i bezpośrednio na eksplantatach. W tym miejscu warto przypomnieć, że kultury korzeni mogą stanowić wydajne źródło roślinnych metabolitów wtórnych, wykorzystywanych przede wszystkim w farmacji, ale również w innych gałęziach przemysłu.

Tekst: Karolina Tomiczak
Zdjęcia: Karolina Tomiczak, Magdalena Dyduch-Siemińska, Barbara Prokopiuk

Bibliografia:

1. Encyklopedia PWN: https://encyklopedia.pwn.pl/haslo/organogeneza;4009398.html
2. Tomiczak K., Sliwinska E. Rybczyński J.J. 2016. Comparison of the morphogenic potential of five Gentiana species in leaf mesophyll protoplast culture and ploidy stability of regenerated calli and plants. Plant Cell Tiss Organ Cult 126: 319-331
3. Wójcik A.I., Rybczyński J.J. 2017. Genetic transformation of gentian Gentiana tibetica (King) leaf explants with Agrobacterium tumefaciens strain C58C1. Acta Physiol. Plant. 39:29 (1-16)

Pełne opisy zdjęć:

1. Obfita organogeneza pędowa na eksplantatach fragmentów liści sępolii (Saintpaulia ionantha), fot. M. Dyduch-Siemińska
2. Organogeneza w kulturze in vitro rośliny cebulowej – szafirka (Muscari macrocarpum Sweet), fot. B. Prokopiuk
3. Regeneracja pędów w kulturze protoplastów goryczki (Gentiana kurroo), fot. K. Tomiczak
4. Spontaniczna regeneracja korzeni z protoplastów goryczki tybetańskiej (Gentiana tibetica), fot. K. Tomiczak
5. Korzenie zregenerowane na eksplantacie fragmentu liścia goryczki krzyżowej (Gentiana cruciata), fot. K. Tomiczak