体細胞胚形成

不定胚形成は、植物または胚が単一の体細胞から生成される人工的なプロセスです。^[1]不定胚は、通常は胚の発達に関与しない植物細胞、つまり通常の植物組織から形成されます。不定胚の周囲には胚乳や種皮は形成されません。

適格な供給源組織から得られた細胞を培養して、カルスと呼ばれる未分化の細胞塊を形成する。組織培養培地中の植物成長調節因子は、カルス形成を誘導するように操作することができ、その後、胚がカルスを形成するように誘導するように変更することができる。カルスまたは胚形成を誘導するために必要な異なる植物成長調節因子の比率は、植物の種類によって異なる。^[2]体細胞胚は主に、植物成長調節因子（PGR）を含む固体または液体の栄養培地を使用して、試験管内で、実験目的で生成される。主に使用されるPGRはオーキシンであるが、少量のサイトカイニンを含むことができる。 ^[3]シュートと根は単極性であるのに対し、体細胞胚は双極性であるため、複数の培地タイプで培養することなく植物全体を形成することができる。体細胞胚形成は、植物の発育過程で起こる生理学的および生化学的イベントを理解するためのモデルとして、またバイオテクノロジーの進歩の要素として役立ってきた。^[4]体細胞胚形成の最初の記録は、1958年にスチュワードらによって、1959年にライナートによってニンジン細胞懸濁培養によってなされた。^{[5] [6]}

体細胞胚形成は直接的または間接的に起こると説明されている。^[7]

胚が外植片組織から直接開始され、同一のクローンが作成される場合に発生します。言い換えると、外植片からの胚のカルス形成がない場合、直接胚形成と呼ばれます。

カルスとは、組織片から未分化または部分的に分化した細胞（カルスと呼ばれることが多い）が作られ、それが維持されたり、葉、茎、根などの植物組織に分化したりすることです。2,4-ジクロロフェノキシ酢酸（2,4-D）、6-ベンジルアミノプリン（BAP）、ジベレリン酸（GA）は、イチゴ（ Fragaria ananassa）の間接体細胞胚の発育に使用されています^[8]

体細胞胚形成による植物再生は、胚培養の開始、胚培養の増殖、体細胞胚の未成熟、体細胞胚の成熟、非特異的培地での植物発育の 5 つの段階で起こります。開始と増殖は、局所分裂組織の分化を誘導するオーキシンが豊富な培地で起こります。通常使用されるオーキシンは2,4-Dです。これらの細胞は、オーキシンが少ないかまったくない培地に移されると、成熟した胚に成長します。体細胞胚の発芽は、機能的な根と茎頂を持つほど成熟した場合にのみ起こります^[3]

体細胞胚における細胞分化を制御する因子とメカニズムは比較的不明瞭です。植物組織培養によって排出され、培養培地中に見られる特定の化合物は、細胞分裂と形態変化を調整するために必要であることが示されています。^[9]これらの化合物は、Chungら^{[10]によって、さまざまな多}糖類、アミノ酸、成長調節物質、ビタミン、低分子量化合物、ポリペプチドとして特定されています。体細胞胚の形成に影響を及ぼしたり制御したりすることが知られているいくつかのシグナル伝達分子が見つかっており、その中には細胞外タンパク質、アラビノガラクタンタンパク質、リポキトオリゴ糖などがあります。温度と照明も体細胞胚の成熟に影響を与える可能性があります。

このプロセスの応用としては、遺伝的に均一な植物材料のクローン増殖、ウイルスの除去、遺伝子組み換えのためのソース組織の提供、プロトプラストと呼ばれる単一細胞からの植物全体の生成、合成種子技術の開発などが挙げられる。^[1]

• 植物の形質転換^[11]
• 大量伝播^[12]

体細胞胚形成法の発達により、商業的に重要な樹木種、すなわち主に裸子植物（トウヒを含む）の木本植物の種子貯蔵タンパク質（SSP）に関する研究が生まれました。この研究分野では、SSPは、胚形成能と胚形成システムの能力を判定するためのマーカーとして使用され、胚形成能と能力は、接合子胚と生化学的に類似した体細胞胚を生成します（Flinn et al. 1991、Beardmore et al. 1997）。^{[13] [14]}

グロスニクルら (1992) ^{[15] は、}苗床での育成中および圃場への移植直前のストック品質評価プログラムを通じて、室内のトウヒの苗木と植木を比較した。苗木のシュートの高さ、根元直径、乾燥重量は、最初の生育期の前半は植木よりも苗木の方が大きく増加したが、その後はすべての植物でシュートの成長は同様であった。生育期の終わりまでに、苗木は植木よりも 70% 高く、根元直径が大きく、シュートの乾燥重量も大きかった。根の乾燥重量は、生育期の初めには植木よりも苗木の方が急速に増加した。

秋の順応期間中、休眠解除指数の増加と凍結耐性の増加のパターンは、実生苗と苗木の両方で類似していました。根の成長能力は秋の順応期間中に減少してから増加し、その増加は実生苗の方が大きかったです。

植え付け直前の株の品質評価では、次のことが示されました。苗木と比較して、埋め込み苗は夜明け前のシュート水分ポテンシャルの低下に伴い水利用効率が高くなりました。苗木と埋め込み苗は、根温が高い場合も低い場合も水移動能力は同様でした。根温が低い場合の純光合成と針葉伝導率は、埋め込み苗よりも苗木の方が高くなりました。また、根温が 22 °C の場合、苗木は埋め込み苗よりも根の成長が大きくなりましたが、根温が 7.5 °C の場合、すべての植物の根の成長は低かったです。

GrossnickleとMajor (1992)は、植林地に植えた後の室内スプルース313Bスタイロブロックの苗木と埋木の成長と生存を測定した。^[16]苗木と埋木の両方において、飽和浸透圧ポテンシャル(ψ _sat )と膨圧低下点(ψ _tip )は、植栽直前のそれぞれ-1.82 MPaと-2.22 MPaの最低値から、活発なシュート伸長中にそれぞれ-1.09 MPaと-1.21 MPaの季節最高値まで上昇した。その後、苗木と埋木(ψ _sat )と(ψ _tip )は、生育期の終わりにはそれぞれ-2.00 MPaと-2.45 MPaまで低下し、これは現場温度の着実な低下と樹高成長の停止と一致した。一般的に、実生と苗木は生育期を通して ψ _{sat 値}と ψ _tip値が似ており、また最大弾性係数、シンパルスティック分率、膨圧低下点における相対水分含有量の季節パターンの変化も同様でした。

GrossnickleとMajor (1992) ^[16]は、実生と苗の両方の1年前と今年度の針葉は、蒸気圧不足の増加とともに針葉伝導度が同様に低下することを発見した。今年度の針葉の純光合成量 (P _n ) の蒸気圧不足 (VPD) と光合成有効放射 (PAR) に対する応答曲面モデルは、苗のP _{n が}、VPD が3.0 kPa未満でPARが1000 μmol m ⁻² s ⁻¹を超える場合に15%増加することを示した。実生と苗の1年前と今年度の針葉は、水利用効率の同様のパターンを示した。

生育期を通しての苗木と苗条の成長率も、互いに似ていました。苗木は、植え付け時と生育期の終わりの両方で、より大きな苗条システムを持っていました。また、生育期を通して、苗木は苗条よりも根の発達が大きくなりましたが、生育期の終わりには、2 つの台木の根と苗条の比率は似ており、苗木と苗条の生存率はそれぞれ 96% と 99% でした。

形態学的および分子的マーカーを確立して体細胞胚の形成を理解することは、運命地図の構築に重要です。運命地図は、さらなる研究と実験を構築するための基礎となります。運命地図を構築するには、同期細胞分裂とタイムラプス追跡の2つの方法があります。後者は、同期細胞分裂に関与する細胞周期を変える化学物質と遠心分離のため、通常、より一貫して機能します。^[17]

被子植物の胚発生はいくつかの段階に分かれています。接合子は非対称に分裂し、小さな頂端細胞と大きな基底細胞を形成します。組織パターンは球状段階で形成され、胚は子葉段階に移行します。^[18]胚発生は単子葉植物と双子葉植物で異なります。双子葉植物は球状段階、ハート型段階、魚雷型段階を経ますが、単子葉植物は球状段階、托葉段階、鞘状段階を経ます。^[19]

多くの培養システムでは、 2,4-ジクロロフェノキシ酢酸への継続的な曝露によって体細胞胚形成を誘導し、維持している。アブシジン酸は実生の体細胞胚形成を誘導することが報告されている。カルス形成後、低オーキシンまたはホルモンを含まない培地で培養すると、体細胞胚の成長と根の形成が促進される。単子葉植物では、胚形成能力は通常、胚形成または分裂組織起源の組織に限定されている。単子葉植物の体細胞は急速に分化し、その後有糸分裂および形態形成能力を失う。同じ種の異なる遺伝子型間での胚形成カルス成長におけるオーキシン感受性の違いは、オーキシン応答がいかに多様であるかを示している。^[20]

ニンジンDaucus carota は、発生経路と分子メカニズムに関して最初にかつ最もよく理解された種である。^[17] Toonen ら (1994) によるタイムラプス追跡は、コンピテント細胞の形態が形状と細胞質密度に基づいて変化する可能性があることを示した。胚懸濁液から、球状の細胞質に富む細胞、球状の空胞を持つ細胞、楕円形の空胞を持つ細胞、細長い空胞を持つ細胞、不規則な形状の細胞の 5 種類の細胞が特定された。各種類の細胞は、特定の幾何学的対称性を持って増殖した。それらは、対称的、非対称的、および異常な形状の細胞クラスターに発達し、最終的に異なる頻度で胚を形成した。^[21]これは、組織化された成長極性が体細胞胚形成に常に存在するわけではないことを示している。^[17]

裸子植物 の胚発生は3段階で起こる。前胚発生には、茎柄伸長前のすべての段階が含まれる。初期胚発生には、茎柄伸長後から根端分裂組織の発達までのすべての段階が含まれる。後期胚発生には、根端分裂組織の発達が含まれる。[ 18 ^]ヨーロッパトウヒ（ Picea abies ） のタイムラプス追跡では、単一の細胞質に富む細胞も空胞細胞も胚に発達しなかったことが明らかになった。未組織細胞と、空胞細胞の隣にある細胞質に富む細胞からなる胚の中間である前胚形成塊（PEM）は、オーキシンとサイトカイニンで刺激される。オーキシンとサイトカイニンを徐々に除去し、アブシジン酸（ABA）を導入すると、胚が形成される。^{[17]体細胞胚形成は、栄養繁殖した針葉樹クローンの大量生産や}遺伝資源の凍結保存に利用されることが検討されてきた。しかし、この技術を針葉樹の植林や育種に利用するのはまだ初期段階である。^{[22] [23]}

• 植物の胚発生
• カルス（細胞生物学）
• 植物組織培養
• 植物ホルモン
• 胚の救済
• 多汗症
• ムラシゲ・スクーグ ミディアム

• https://web.archive.org/web/20110910155245/http://www.biobasics.gc.ca/english/View.asp?x=799
• http://theagricos.com/tissue-culture/somatic-embryogenesis/
• http://passel.unl.edu/Image/siteImages/SomaticEmbryo13Steps.gif