جنین زایی سوماتیک

جنین زایی سوماتیک
جنین زایی سوماتیک (به انگلیسی Somatic embryogenesis)یک فرایند مصنوعی است که در آن یک گیاه یا جنین از یک سلول سوماتیک منفرد یا گروهی از سلول‌های سوماتیک ایجاد می‌شود. جنین زایی سوماتیک از سلول‌های گیاهی‌ای ایجاد می‌شوند که این سلول‌های گیاهی به‌طور طبیعی درگیر در رشد جنین نیستند. هیچ اندوسپرم یا پوشش دانه‌ای اطراف یک جنین سوماتیک شکل نمی‌گیرد. کاربرد این فرایندها شامل انتشار کلونال مواد گیاهی یکنواخت ژنتیکی؛ حذف ویروس‌ها؛ تولید بافت‌های منبع برای انتقال ژن؛ ایجاد کل گیاه از سلول‌های منفرد که پروتوبلاست نامیده می‌شود و توسعه فناوری دانه مصنوعی می‌شود.
سلول‌های مشتق شده از بافت مستعد اولیه (competent source tissue) کشت داده می‌شود و یک توده تمایز نیافته به نام کالوس (callus) را ایجاد می‌کند. تنظییم‌کننده‌های رشد گیاهی در محیط کشت بافت می‌توانند برای القای شکل‌گیری کالوس و پس از آن بر ای القای شکل‌گیری جنین از کالوس دستکاری شوند. نسبت تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی مختلف را به منظور القای کالوس یا شکل‌گیری تنوع گیاهی نیز باید مراعات شود. جنین‌های سوماتیک به‌طور عمده به صورت برون تنی و برای اهداف آزمایشگاهی با استفاده از خاک یا محیط مغذی مایع حاوی تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی (PGRs) تولید می‌شوند.
ساقه‌ها و ریشه‌ها تک قطبی(monopolar) هستند در حالیکه جنین‌های سوماتیک دوقطبی(bipolar) هستند که منجر به شکل‌گیری گیاه کامل بدون کشت روی چندین محیط کشت می‌شوند. جنین زایی سوماتیک به عنوان یک مدل برای فهم و درک وقایع بیوشیمیایی و بیوفیزیکی در طول فرایند توسعه گیاه و همچنین به عنوان جزئی از پیشرفت‌های زیست فناورانه استفاده می‌شود. اولین اسناد و مدارک جنین زایی سوماتیک بوسیله استفوارد و همکارانش در سال ۱۹۵۸ و راینر و همکارانش در سال ۱۹۵۹ با کشت‌های سوسپانسیون سلولی هویج جمع‌آوری شد.
جنین زایی مستقیم و غیرمستقیم
جنین زایی سوماتیک به دو طریق صورت می‌پذیرد: مستقیم و غیرمستقیم. جنین زایی مستقیم زمانی اتفاق می‌افتد که جنین به‌طور مستقیم از بافتی که یک کلون همسان ایجاد کرده‌است، آغاز می‌شود. در حالی که در جنین زایی غیر مستقیم بافت از سلول‌های تمایز نیافته یا تمایز یافته ناقص که بعدا به بافت‌های تمایز یافته تبدیل می‌شوند، منشا می‌شود.
باززایی گیاه بوسیله جنین زایی سوماتیک
گیاه ایجاد شده بوسیله جنین زایی سوماتیک در پنج مرحله شکل می‌گیرد: آغاز شکل‌گیری جنین ، تکثیر کشت‌های جنینی ، پیش بلوغی جنین‌های سوماتیک ، بلوغ جنین‌های سوماتیک و توسعه گیاه روی محیط کشت غیراختصاصی . آغاز و تکثیر، روی محیط کشت غنی از اکسین که تمایز سلول‌های مریستمی موضعی را القا می‌کند رخ می‌دهد. زمانی که این سلول‌ها به محیط کشت دارای اکسین کم یا بدون اکسین انتقال یابند به جنین‌های بالغ توسعه پیدا می‌کنند. جوانه زایی جنین‌های سوماتیک می‌تواند تنها زمانی که جنین‌ها به اندازه کافی برای داشتن نوک ساقه و ریشه‌های عملکردی بالغ شدند رخ دهد.
عوامل تاثیرگذاری بر جنین زایی سوماتیک
عوامل و مکانیزم کنترل‌کننده تمایز سلول‌ها در جنین‌های سوماتیک نسبتا مبهم می‌باشند. این ترکیبات بوسیله چونگ و همکاران شناسایی شدند. این ترکیبات شامل پلی ساکاریدهای متنوع، آمینواسیدها، تنظیم‌کننده‌های رشد، ویتامین‌ها، ترکیبات با وزن مولکولی کم و پلی پپتیدها می‌باشند. چندین مولکول پیام‌رسان شناخته شده‌اند که بر شکل‌گیری جنین‌های سوماتیک تاثیر گذاشته یا آن‌ها را کنترل می‌کنند. این مولکول‌ها نیز شامل پروتئین‌های خارج سلولی، پروتئین‌های آرابینوگالاکتانو و لیپوکیتواولیگوساکاریدها می‌باشند. دما و نور همچنین می‌توانند روی بلوغ جنین سوماتیک تاثیر بگذارند.
کاربردهای جنین زایی سوماتیک
دگرگونی‌های گیاهی
تکثیر توده
مثالی مرتبط با جنگلداری
توسعه جنین زایی سوماتیک تحقیقات روی پروتئین‌های ذخیره‌ای دانه (SSPs)ی گیاهان چوبی گونه‌های درختی بااهمیت (به‌طور عمده بازدانگان از جمله صنوبر سفید) را افزایش می‌دهد. در این حیطه مطالعاتی، از SSPها به عنوان مارکر برای تعیین پتانسیل جنین زایی و سازگاری سیستم جنین استفاده می‌شود تا یک جنین سوماتیک که از نظر بیوشیمیایی با همتای زیگوتی خود یکسان باشد، پدید آید (فلین و همکاران، ۱۹۹۱، بیردمور و همکاران، 1997)
مشکلات مرتبط با جنین زایی سوماتیک
شانس بالای جهش
مشکل بودن روش
از دست دادن توانایی باززایی
درصد بالای شاخه آلبینو در طول باززایی
امکان‌پذیر نبودن تمام گونه‌های به‌طوری‌که کاربرد آن برای هریک از گونه‌ها باید بهینه‌سازی شود.
نهاندانگان
رشد جنین در نهاندانگان به چندین مرحله تقسیم می‌شود. تخم به شکل نامتقارن به یک سلول آپیکال کوچک و سلول بازال بزرگ تقسیم می‌شود. الگوی سازمانی شکل گرفته در مرحله کروی و جنینی به مرحله لپه انتقال می‌یابد. رشد جنین در تک لپه ای‌ها و دولپه ای‌ها متفاوت می‌شود. دولپه ای‌ها مراحل کروی، قلبی شکل و تروپود دارند در حالیکه تک لپه ای‌ها مراحل کروی، اسکتلار و کلئوپتیلار را سپری می‌کنند
بسیاری از سیستم‌های کشت جنین زایی سوماتیک را بوسیله در معرض قرار دادن مداوم با ۴،۲- دی کلروفنوکسی استیک اسید القا و حفظ می‌کنند. گزارش شده‌است که آبسزیک اسید جنین زایی را در نهال‌ها القا می‌کند. پس از شکل‌گیری کالوس، کشت دادن روی یک محیط کشت فاقد اکسین یا با اکسین کم، رشد جنین یا شکل‌گیری ریشه را بهبود خواهد داد. در تک لپه ای‌ها قابلیت جنین زایی معمولا به بافت‌های با منشا جنینی یا مریستمی محدود شده‌است. سلول‌های سوماتیک تک لپه ای‌ها خیلی سریع تمایز یافته و سپس ظرفیت میتوزی و مورفوژنیک را از دست می‌دهند. تفاوت حساسیت به اکسین در رشد کالوس‌های جنینی میان ژنوتیپ‌های متفاوت گونه‌های یکسان نشان می‌دهد که پاسخ‌های اکسینی می‌تواند متفاوت باشد.
بازدانگان
رشد جنین در بازدانگان در سه مرحله رخ می‌دهد. Proembryogeny شامل تمامی مراحل قبل از طویل شدن آویزه‌بند (suspensor) است. Early embryogeny شامل تمامی مراحل پس از طویل شدن آویزه‌بند (اما قبل از توسعه مریستم ریشه) است. در حالی که Late embryogeny شامل توسعه مریستم‌های ریشه و ساقه است.