Od wielu lat Zespół Biotechnologii i Mikropropagacji Roślin zajmuje się w Ogrodzie Botanicznym badaniem somatycznej embriogenezy będącej jedną z najefektywniejszych dróg rozmnażania roślin in vitro. W procesie tym organizmy potomne powstają wprost z komórek ciała rośliny – bez fazy zapłodnienia, co jest fenomenem charakterystycznym dla świata roślin. Jednym z kluczowych czynników warunkujących sukces regeneracji tą drogą jest dobór tkanki inicjalnej (tzw. eksplantatu).

W prezentowanych badaniach porównaliśmy dwa typy eksplantatów paproci drzewiastej Cyathea delgadii pobrane z ogonka liściowego i odcinka międzywęzłowego, dające odpowiednio somatyczne zarodki jedno- i wielokomórkowego pochodzenia. Posługując się różnorodnymi technikami mikroskopowymi zbadaliśmy morfologię oraz strukturę inicjalnych eksplantatów oraz budujących je komórek. Natomiast z wykorzystaniem wysokosprawnej chromatografii cieczowej określiliśmy poziom 89 endogennych metabolitów tj. cukrów, hormonów, kwasów fenolowych, poliamin i aminokwasów.

Wykazaliśmy, że duża zawartość maltozy, 1-kestozy, kwasu abscysynowego, biologicznie aktywnych giberelin (GA₃ i GA₇) i kwasów fenolowych była charakterystyczna dla tworzenia somatycznych zarodków na drodze jednokomórkowej. Z kolei wysoki poziom skrobi, kalozy, etylenu i argininy sprzyjały ich wielokomórkowemu pochodzeniu. Prezentowana praca to pierwsze tak szczegółowe przedstawienie cech inicjalnego eksplantatu (Ryc. 1), które mogą odgrywać istotną rolę w indukcji somatycznej embriogenezy i warunkować drogę powstawania somatycznego zarodka.

Rycina 1. Porównanie eksplantatów ogonków liściowych i międzywęzłowych. (A) Procentowy udział komórek w stosunku do ich długości. (B) Średnia długość i szerokość komórek: nie dzielące się komórki epidermy eksplantatów inicjalnych; podzielone komórki epidermy eksplantatów w trakcie kultury in vitro. (C) Różnice w zawartości wybranych metabolitów mogące świadczyć o formowaniu somatycznych zarodków drogą jednokomórkową (eksplantat ogonkowy) lub wielokomórkową (eksplantat międzywęzłowy). (D, E) Somatyczne zarodki rozwinięte z pojedynczych komórek epidermy eksplantatu ogonka liściowego (D) i z wielu przylegających komórek eksplantatu międzywęźla (E); obrazy uzyskane ze skaningowego mikroskopu elektronowego. (F) Młodociane sporofity otrzymane na drodze somatycznej embriogenezy z pojedynczych komórek epidermy eksplantatu ogonka liściowego po 2 miesiącach kultury prowadzonej w ciemności; obrazy uzyskane z mikroskopu świetlnego stereoskopowego. Skróty: GA₃, GA₇ – gibereliny; Se – somatyczny zarodek. Skala: (D) 200 µm; (E) 500 µm; (F) 1 mm. ¹ Stosunek L/W został obliczony jako średni stosunek długości i szerokości dla każdej komórki.

Mikuła A, Tomaszewicz W, Dziurka M, Kaźmierczak A, Grzyb M, Sobczak M, Zdańkowski P, Rybczyński J. 2021. The Origin of the Cyathea delgadii Sternb. Somatic Embryos Is Determined by the Developmental State of Donor Tissue and Mutual Balance of Selected Metabolites. Cells 10(6), 1388; https://doi.org/10.3390/cells10061388