Kallusa kultūras

Vēsture

Henri-Louis Duhamel du Monceau savā slavenākajā darbā "Éléments d’architecture navale" (1758) pētīja ievainojumu sadzīšanu gobām, un bija pirmais, kas aprakstīja kallusa veidošanos dzīvajiem augiem.1908. gadā E. F. Simon izaudzēja kallusu no poplar stems, no kura spēja attīstīties dzinumi un saknes.
Pirmās ziņas par kallusu iegūšanu in vitro apstākļos ir no 1939. gada. P. White ieguva kallusu no audzēju attīstošiem prokambija audiem no hibrīdauga Nicotiana glauca, kam nebija nepieciešams izmantot papildus hormonus.

Kallusa līnija

Kallusa līnija ir eksplanti, kurus iegūst, sadalot vienu kallusu. Līnijai piemīt noteiktas kopīgas morfoloģiskās un fizioloģiskās īpašības. Kallusu līniju uzturēšanai ir nepieciešamas regulāras pasāžas — to biežums ir atkarīgs no sugas īpašībām. Piemēram, viendīgļlapju augu kallusiem ir raksturīga intensīva fenolu izdalīšanās barotnē, līdz ar to pasāžas ir jāveic bieži. No citu sugu augiem iegūtie kallusi var augt uz vienas barotnes daudz ilgāku laiku. Piemērotos apstākļos kallusu līniju var uzturēt neierobežotu laiku.

Kallusa veidošanās

Kallusi var veidoties gan no atsevišķām šūnām, gan ievainojumu vietās augā. Ievainojums stimulē sākotnējo šūnu dalīšanos, veicinot savienojumu veidošanos. Galvenais stimulējošais savienojums ir augšanas hormoni. Vienu no šiem hormoniem savos pētījumos atklāja G. Hāberlands un tas tiek uzskatīts par "nekrohormonu”. Turpmākā kallusa audu veidošanās ir atkarīga no fitohormonu mijiedarbības. Gan paša kallusa bioloģiskās īpašības, gan barotnes sastāvā iekļautie fitohormoni ietekmē kallusa šūnu spēju dalīties un diferencēties.

Kallusa kultivēšana

Kallusu var kultivēt uz cietas barotnes (ar agaru vai citu želējošo vielu) vai šķidrajā barotnē. Šķidrajā barotnē ir nepieciešams nodrošināt aerāciju un barotnes samaisīšanos. Lai gan kallusu veido nediferencētas šūnas, kalluss nav pilnībā neorganizēta masa — tajā var izšķirt šūnu slāņus ar dažāda izmēra šūnām, pēc noteikta laika var veidoties meristēmu aizmetņi. No kallusa var attīstīties dzinumi vai saknes, kā arī somatiskie embriji. Ar laiku, audzējot kultūru gaismā, kallusa šūnās veidojas hloroplasti un sākas fotosintēze. Nodrošinot paaugstinātu CO2 saturu atmosfērā, ir iespējams iegūt pilnībā autotrofu kultūru. Līdzīgi, nodrošinot piemērotus kultivēšanas apstākļus, pēc noteikta laika kallusā var atjaunoties veselam augam raksturīgo sekundāro savienojumu sintēze.
Kultivēšanas procesā kallusa šūnās var notikt ģenētiskās izmaiņas, piemēram, izveidojas aneiploīdas vai poliploīdas šūnas. Tādēļ, pavairojot šķirnes augus, lai saglabātu klonāli pavairoto augu ģenētisko viendabīgumu ir jāizvairās no kallusa veidošanās un adventīvo orgānu attīstības (augus pavairo ar meristēmu kultūru un stimulējot sānpumpuru attīstību).

Dažu savienojumu ietekme

Giberelīna ietekme kallusa kultūrā var būt līdzīga auksīna ietekmei. Giberelīnu izmanto, lai iesāktu šūnu kultūru ar ļoti zemu sākotnējo šūnu blīvumu.Vienlaicīgi giberelīns var kavēt kallusa veidošanos, ja nav vēlama kallusa veidošanās eksplantiem. Parasti giberelīns kavē adventīvo orgānu un somatisko embriju veidošanos no kallusa, lai gan atsevišķām sugām giberelīna klātbūtne var palielināt adventīvo dzinumu skaitu. Audu kultūrās absicskābe parasti inhibē kallusa augšanu un veicina morfoģenēzi.Daudzām kultūrām etilēns stimulē kallusa veidošanos un augšanu.

Habituācija

Habituācija jeb pierašana ir augu audu iegūtā spēja attīstīties neatkarīgi no eksogēniem fitohormoniem. Šī īpašība var izpausties lielākā vai mazākā pakāpē un ir atgriezeniska. Parasti pierašana ir cieši saistīta ar diferencēšanos. Piemēram, tā ir raksturīga embriogēnajiem kallusiem. Pierašanu var veicināt vides ietekme, piemēram, citokinīna līmeni tabakas kallusa šūnās izraisīja paaugstināta temperatūra, savukārt, zema temperatūra izraisīja atgriešanos sākotnējā stāvoklī.

Embriogēnās kultūras iniciācija

Embriogēnais kalluss satur kompetentās šūnas, kuras reaģē uz auksīnu un uzsāk embrionālās attīstības ciklu. Iespējams, šūnas kompetenci jeb spēju veidot augu embrijus nosaka tās jutīgums pret auksīnu vai specifiskie auksīna receptori. Ja fitohormonu specifiskajā ietekmē notiek asimetriska šūnu dalīšanās, veidojas somatiskie embriji, savukārt, simetriskās dalīšanās rezultātā veidojas kalluss.

Izmantošana

Kallusa šūnas bieži tiek uzskatītas par pietiekami līdzīgām, lai standarta zinātniskajā analīzē varētu izmantot kā vienu objektu. Piemēram, pētījumā var izmantot pusi kallusa, pakļaujot to apstrādei eksperimentālajā grupā, bet otru pusi izmantot kontroles grupā, bez aktīvas ārstēšanas.
Visa auga reģenerācija no vienas šūnas ļauj pētniekam izmantot kallusu trans-ģenētiskiem pētījumiem, kuriem ir transgēnu „kopija” katrā šūnā. Visa auga reģenerācijā, kurā piedalās gan ģenētiski transformētas šūnas, gan ģenētiski netransformētas šūnas, veidojas himēra.
Gēnus var ievadīt kallusa šūnās, izmantojot „biolistic” apšaudes metodi , kas pazīstama arī kā gēnu pistole, vai ar Agrobacterium tumefaciens metodi. Šūnas, kas saņēma nepieciešamo gēnu, tad var kļūt par veselu augu. Visi augi, kas tiek iegūti, var tikt izmantoti, lai eksperimentāli noteiktu gēnu funkcijas, vai, lai uzlabotu kultūraugu augu īpašības izmantošanai lauksaimniecībā.