Rostlinná kmenová buňka - Plant stem cell - Wikipedia

text
Kořenová špička (10X) 1) Meristem; 2) Columelle 3) Boční část špičky; 4) Mrtvé buňky; 5) Zóna prodloužení

Rostlinné kmenové buňky jsou přirozeně nediferencované buňky nachází se v meristémy z rostliny.[1] Rostlina kmenové buňky slouží jako původ vitality rostlin, protože se udržují a poskytují stálý přísun prekurzorové buňky k tvorbě diferencovaných tkání a orgánů v rostlinách.[2][ověření se nezdařilo ] Rozlišují se dvě odlišné oblasti kmenových buněk: apikální meristém a boční meristém.

Rostlinné kmenové buňky se vyznačují dvěma charakteristickými vlastnostmi, kterými jsou: schopnost vytvořit vše diferencovaná buňka typy a schopnost samoobnovy tak, aby byl zachován počet kmenových buněk.[3] Rostlinné kmenové buňky nikdy nepodstoupí proces stárnutí ale nesmrtelně dávají vzniknout novým specializovaným a nespecializovaným buňkám a mají potenciál růst v jakýkoli orgán, tkáň nebo buňku v těle.[2][ověření se nezdařilo ] Takové jsou totipotentní buňky vybavené regeneračními schopnostmi, které usnadňují růst rostlin a produkce nových orgánů po celý život.[1][ověření se nezdařilo ]

Na rozdíl od zvířat jsou rostliny nepohyblivé. Protože rostliny nemohou uniknout z nebezpečí pohybem, potřebují speciální mechanismus, aby odolaly různým a někdy nepředvídatelným stres prostředí. Zde je to, co jim dává sílu odolávat drsným vnějším vlivům a uchovat si život, jsou kmenové buňky. Ve skutečnosti rostliny zahrnují nejstarší a největší živé organismy na Zemi, včetně Bristlecone Pines v Kalifornie, USA (4 842 let) a Obří sekvoje v horských oblastech Kalifornie (USA) (výška 87 metrů a hmotnost 2 000 tun).[4] To je možné, protože mají modulární plán těla, který jim umožňuje přežít značné škody iniciováním kontinuální a opakující se formace nových struktur a orgánů, jako jsou listy a květiny.[1]

Rostlinné kmenové buňky jsou také charakterizovány jejich umístěním ve specializovaných strukturách nazývaných meristematické tkáně, které se nacházejí v kořenový apikální meristém (RAM), střílet apikální meristém (SAM) a cévní systém ((pro) kambium nebo vaskulární meristém.)[5]

Výzkum a vývoj

Tradičně se předpokládalo, že rostlinné kmenové buňky existují pouze v SAM a RAM a na základě tohoto předpokladu byly provedeny studie. Nedávné studie však ukázaly, že (pro) kambium slouží také jako mezera v rostlinných kmenových buňkách: „Buňky prokambia splňují kritéria pro to, aby byly kmenovými buňkami, protože mají schopnost dlouhodobé sebeobnovy a jsou schopny se diferencovat do jednoho nebo více specializovanější typy buněk. “[6][ověření se nezdařilo ]

Kambium je typ meristému s tenkými stěnami, které nepatrně existují v malých populacích v rostlině. Díky této strukturální charakteristice, jakmile na ni působí fyzická síla, snadno se poškodí v samotném procesu izolace a ztratí své vlastnosti kmenových buněk. Přes 160 let biologického úsilí o izolaci a získání rostlinných kmenových buněk se žádné nepodařilo izolovat kvůli odlišným strukturním charakteristikám rostlinných kmenových buněk: „[Cambium] sestává z několika vrstev úzkých podlouhlých tenkostěnných buněk, snadno se poškodí během odběru vzorků. “ Tato vysoce zranitelná funkce provedla studie o kambiální struktuře a ultrastruktura je obtížné dosáhnout konvenčními metodami. Selhání při izolaci rostlinných kmenových buněk z meristematických tkání tedy vedlo vědce k podávání rostlinné buněčné kultury pomocí mozol (dediferencované buňky) jako alternativa k rostlinným kmenovým buňkám.

Mozol, nebo dediferencované buňky, jsou somatické buňky které podstoupí dediferenciace dát vzniknout totipotenci embryogenní buňky, které dočasně získají schopnost proliferovat a / nebo regenerovat embryo. Vzhledem k tomu, že embryogenní buňky byly považovány za totipotentní buňky na základě jejich schopnosti regenerovat se nebo se za daných podmínek vyvinout v embryo, byly dediferencované buňky obecně považovány za kmenové buňky rostlin: „… navrhujeme rozšířit koncept kmenových buněk tak, aby zahrnoval embryogenní kmenové buňky, které pocházejí z rostlinných somatických buněk. Zkoumáme buněčné, fyziologické a molekulární podobnosti a rozdíly mezi rostlinnými meristematickými kmenovými buňkami a embryogenními kmenovými buňkami pocházejícími přímo z jednotlivých somatických buněk. "

Rostlinná kmenová buňka vs. mozol

Navzdory tomu, že kalus vykazuje dočasně řadu vlastností podobných kmenovým buňkám a že byl pěstován pro užitečné rostlinné sloučeniny jako alternativní zdroj rostlinných kmenových buněk, kalus a rostlinné kmenové buňky se od sebe zásadně liší. Kalus je podobný rostlinné kmenové buňce ve své schopnosti rozlišovat, ale oba se liší svým původem. Zatímco rostlinná kmenová buňka existuje v meristematických tkáních rostliny, kalus je získán jako dočasná reakce na vyléčení ran v somatické buňce.

Kalus navíc podléhá dediferenciaci, protože diferencované buňky získávají schopnost diferenciace; ale genetická variace je v procesu nevyhnutelný, protože buňky sestávají ze somatických nediferencovaných buněk z dospělé dospělé rostliny. Na rozdíl od pravých kmenových buněk je kalus heterogenní. Z tohoto důvodu je kontinuální a stabilní buněčné dělení kalusu obtížné. Proto je rostlinná kmenová buňka pocházející z kambia nesmrtelná buňka, zatímco buňka z kalusu je dočasně dediferencovaná buňka získaná stimulací somatické buňky.

Schopnost rozlišovat a proliferovat se navíc liší v tom, že rozdíly mezi kmenovými buňkami rostlin a kalusem převládají v kultuře a výzkumu. Pouze rostlinné kmenové buňky vložené do meristemů se mohou dělit a dávat vzniknout buňkám, které se diferencují, a zároveň dávat vznik novým kmenovým buňkám. Tyto nesmrtelné buňky se dělí nekonečně.

Inovace bioprocesu

Rostlinné buňky se kultivují za účelem získání rostlinných sloučenin. nicméně buněčné kultury jsou často bráněny různými faktory, zejména pokud buněčná kultura pokračuje dlouhodobě. Silná vitalita a strukturní vlastnosti rostlinných kmenových buněk však překonávají předchozí nevýhody kultivace rostlinných buněk. Kultura rostlinných kmenových buněk je tedy nejideálnější a nejproduktivnější metodou buněčné kultury a fytochemické produkce, protože buňky jsou úspěšně hromadně kultivovány při zachování kvality.

Další aplikace

Četné léky, parfémy, pigmenty, antimikrobiální látky, a insekticidy jsou odvozeny z rostlinných přírodních produktů. Kultivovaný Cambiciózní Meristematické Cell (CMC) může poskytnout nákladově efektivní, ekologický a udržitelný zdroj důležitých přírodních produktů, včetně paclitaxel. Na rozdíl od pěstování rostlin tento přístup nepodléhá nepředvídatelnosti způsobené změnami klimatických podmínek nebo politickou nestabilitou v určitých částech světa. CMC z referenčních specifikací mohou také poskytnout důležitý biologický nástroj k prozkoumání funkce rostlinných kmenových buněk.

V roce 2010 vědci z Institut rostlinných kmenových buněk [ko ] (dříve Unhwa Institute of Science and Technology) představila svá data světu prostřednictvím Nature Biotechnology. Jejich výzkum prokázal izolaci první kamistiální meristematické buňky na světě. Vzhledem k cenným a prospěšným sloučeninám pro lidské zdraví (tj. Paclitaxel), které jsou vylučovány CMC, je tato technologie považována za vážný průlom v rostlinné biotechnologii.[7][není nutný primární zdroj ]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Weigel D, Jürgens G (únor 2002). "Kmenové buňky, které tvoří stonky". Příroda. 415 (6873): 751–4. Bibcode:2002 Natur.415..751W. doi:10.1038 / 415751a. PMID  11845197. S2CID  9032410.
  2. ^ A b Sablowski R (listopad 2004). „Rostlinné a živočišné kmenové buňky: koncepčně podobné, molekulárně odlišné?“. Trendy v buněčné biologii. 14 (11): 605–11. doi:10.1016 / j.tcb.2004.09.011. PMID  15519849.
  3. ^ Scheres B (srpen 2005). "Kmenové buňky: perspektiva biologie rostlin". Buňka. 122 (4): 499–504. doi:10.1016 / j.cell.2005.08.006. hdl:1874/21117. PMID  16145811. S2CID  1705295.
  4. ^ „Gymnosperm Database“. Pinus longaeva. 15. března 2007. Citováno 2006-07-25.
  5. ^ Hirakawa Y, Shinohara H, Kondo Y, Inoue A, Nakanomyo I, Ogawa M, Sawa S, Ohashi-Ito K, Matsubayashi Y, Fukuda H (září 2008). "Nebuněčně autonomní řízení osudu vaskulárních kmenových buněk systémem CLE peptid / receptor". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 105 (39): 15208–13. Bibcode:2008PNAS..10515208H. doi:10.1073 / pnas.0808444105. PMC  2567516. PMID  18812507.
  6. ^ Alison MR, Poulsom R, Forbes S, Wright NA (červenec 2002). „Úvod do kmenových buněk“. The Journal of Pathology. 197 (4): 419–23. doi:10,1002 / cesta 1187. PMID  12115858.
  7. ^ Lee EK, Jin YW, Park JH, Yoo YM, Hong SM, Amir R, Yan Z, Kwon E, Elfick A, Tomlinson S, Halbritter F, Waibel T, Yun BW, Loake GJ (listopad 2010). "Kultivované kambiální meristematické buňky jako zdroj rostlinných přírodních produktů". Přírodní biotechnologie. 28 (11): 1213–7. doi:10,1038 / nbt.1693. PMID  20972422. S2CID  205274906.

Další čtení