Соматический эмбриогенез

Размножение Kalanchoe daigremontiana (выводковые почки с корнями)

Kalanchoe daigremontiana: выводковая почка крупным планом

Сомати́ческий эмбриогене́з — это процесс, лежащий в основе вегетативного размножения, в ходе которого из соматической клетки образуются тотипотентные клетки, дающие начало образованию нового организма без полового процесса[1][2]. Наиболее ярким примером проявления соматического эмбриогенеза является образование выводковых почек — специализированных почек, которые опадают со взрослого растения и дают начало новым растениям. Например виды рода Каланхое (Crassulaceae) размножаются бесполым путем, образуя проростки по краям листьев.

Развитие биотехнологических методов с использованием соматического эмбриогенеза позволили использовать его как эффективный метод быстрого масштабного размножения «элитных» сортов растений, например клонировать самые лучшие гибриды кофе[3].

Соматический эмбриогенез в неэмбриогенных каллусных клетках инициируется различными факторами, такими как компоненты среды, в которой их культивируют, и внешние сигналы, такие как свет и температура. В результате такой инициации клетки с эмбриогенным потенциалом дифференцируются в эмбриогенные каллусные клетки — поляризованные клетки, которые начинают формировать шарообразную структуру[4][5].

У двудольных растений частоту образования из каллуса зародышей повышает сверхэкспрессия гена BABY BOOM (BBM)[6], но не до такой же степени эффективности, как у однодольных[7].

Молекулярные механизмы, лежащие в основе этого явления, до настоящего времени плохо изучены. Известно только что решающую роль в соматическом эмбриогенезе у растений играет фитогормон ауксин, вызывая тотипотентное состояние клетки[1][8].

Сравнение транскриптомов показало, что эмбриогенез из зиготы и из соматической клетки может идти по разным путям, и соматический эмбриогенез имеет характер экспрессии генов, больше похожий на прорастающие семена[9][10]. Важную роль на ранних стадиях соматического эмбриогенеза играет деметилирование ДНК[11].

См. также

• Каллус
• Черенок
• Спорангий
• Апогамия

Примечания

1. Su, Y. H., Tang, L. P., Zhao, X. Y., & Zhang, X. S. (2021). Plant cell totipotency: Insights into cellular reprogramming. Journal of Integrative Plant Biology, 63(1), 228—243. PMID 32437079 doi:10.1111/jipb.12972
2. Méndez-Hernández, H. A., Ledezma-Rodríguez, M., Avilez-Montalvo, R. N., Juárez-Gómez, Y. L., … & Loyola-Vargas, V. M. (2019). Signaling overview of plant somatic embryogenesis. Frontiers in plant science, 10, 77. doi:10.3389/fpls.2019.00077 PMC 6375091 PMID 30792725
3. Georget, F., Courtel, P., Garcia, E. M., Hidalgo, M., Alpizar, E., Breitler, J. C., … & Etienne, H. (2017). Somatic embryogenesis-derived coffee plantlets can be efficiently propagated by horticultural rooted mini-cuttings: a boost for somatic embryogenesis. Scientia Horticulturae, 216, 177—185. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2016.12.017
4. Pan, X., Fang, L., Liu, J., Senay-Aras, B., Lin, W., Zheng, S., … & Yang, Z. (2020). Auxin-induced signaling protein nanoclustering contributes to cell polarity formation. Nature communications, 11(1), 1-14. PMID 32764676 PMC 7410848 doi:10.1038/s41467-020-17602-w
5. Ramalho, J. J., Jones, V. A. S., Mutte, S., & Weijers, D. (2021). Pole position: How plant cells polarize along the axes. The Plant Cell. PMID 34338785 doi:10.1093/plcell/koab203
6. Boutilier, K., Offringa, R., Sharma, V. K., Kieft, H., Ouellet, T., Zhang, L., … & van Lookeren Campagne, M. M. (2002). Ectopic expression of BABY BOOM triggers a conversion from vegetative to embryonic growth. The Plant Cell, 14(8), 1737—1749. PMID 12172019 PMC 151462 doi:10.1105/tpc.001941
7. Jha, P., & Kumar, V. (2018). BABY BOOM (BBM): a candidate transcription factor gene in plant biotechnology. Biotechnology letters, 40(11), 1467—1475. PMID 30298388 doi:10.1007/s10529-018-2613-5
8. Wang, F. X., Shang, G. D., Wu, L. Y., Xu, G. Z., Zhao, X. Y., & Wang, J. W. Chromatin Accessibility Dynamics and a Hierarchical Transcriptional Regulatory Network Structure for Plant Somatic Embryogenesis. Developmental Cell 54(6), P742-757.E8. PMID 32755547 doi:10.1016/j.devcel.2020.07.003
9. Wójcikowska, B., Wójcik, A. M., & Gaj, M. D. (2020). Epigenetic Regulation of Auxin-Induced Somatic Embryogenesis in Plants. International Journal of Molecular Sciences, 21(7), 2307. doi:10.3390/ijms21072307 PMC 7177879 PMID 32225116
10. Wójcik, A.M. (2020). Research Tools for the Functional Genomics of Plant miRNAs During Zygotic and Somatic Embryogenesis. Int. J. Mol. Sci., 21(14), 4969; https://doi.org/10.3390/ijms21144969
11. Chen, X., Xu, X., Shen, X., Li, H., Zhu, C., Chen, R., … & Lin, Y. (2020). Genome-wide investigation of DNA methylation dynamics reveals a critical role of DNA demethylation during the early somatic embryogenesis of Dimocarpus longan Lour. Tree Physiology, tpaa097, https://doi.org/10.1093/treephys/tpaa097

Литература

• Ramírez-Mosqueda, M. A. (2022). Overview of Somatic Embryogenesis. In Somatic Embryogenesis (pp. 1-8). Humana, New York, NY. PMID 35951179 doi:10.1007/978-1-0716-2485-2_1
• Sivanesan, I., Nayeem, S., Venkidasamy, B., Kuppuraj, S. P., & Samynathan, R. (2022). Genetic and epigenetic modes of the regulation of somatic embryogenesis: a review. Biologia Futura, 1-19. doi:10.1007/s42977-022-00126-3
• Alves, A., Cordeiro, D., Correia, S., & Miguel, C. (2021). Small Non-Coding RNAs at the Crossroads of Regulatory Pathways Controlling Somatic Embryogenesis in Seed Plants. Plants 2021, 10, 504. doi:10.3390/plants10030504
• Salaün, C., Lepiniec, L., & Dubreucq, B. (2021). Genetic and Molecular Control of Somatic Embryogenesis. Plants, 10(7), 1467. PMID 34371670 PMC 8309254 doi:10.3390/plants10071467
• Méndez-Hernández, H. A., Ledezma-Rodríguez, M., Avilez-Montalvo, R. N., Juárez-Gómez, Y. L., Skeete, A., Avilez-Montalvo, J., … & Loyola-Vargas, V. M. (2019). Signaling overview of plant somatic embryogenesis. Frontiers in plant science, 10, 77. PMID 30792725 PMC 6375091 doi:10.3389/fpls.2019.00077
• Gulzar, B., Mujib, A., Malik, M. Q., Sayeed, R., Mamgain, J., & Ejaz, B. (2020). Genes, proteins and other networks regulating somatic embryogenesis in plants. Journal of Genetic Engineering and Biotechnology, 18(1), 1-15. PMID 32661633 PMC 7359197 doi:10.1186/s43141-020-00047-5
• Alves, A., Confraria, A., Lopes, S., Costa, B., Perdiguero, P., Milhinhos, A., … & Miguel, C. M. (2022). miR160 Interacts in vivo With Pinus pinaster AUXIN RESPONSE FACTOR 18 Target Site and Negatively Regulates Its Expression During Conifer Somatic Embryo Development. Frontiers in plant science, 13, 857611-857611. PMID 35371172 PMC 8965291 doi:10.3389/fpls.2022.857611
• Ci, H., Li, C., Aung, T. T., Wang, S., Yun, C., Wang, F., … & Zhang, X. (2022). A Comparative Transcriptome Analysis Reveals the Molecular Mechanisms That Underlie Somatic Embryogenesis in Peaonia ostii ‘Fengdan’. International journal of molecular sciences, 23(18), 10595. PMID 36142512 PMC 9505998 doi:10.3390/ijms231810595