Co je rostlinná totipotence a jak se využívá při množení in vitro?
Pokud odřízneme malý kousek listu, stonku nebo i jedinou buňku z rostliny a vložíme ho do vhodného prostředí, může z něj za správných podmínek vyrůst celá nová rostlina se všemi orgány - kořeny, stonkem, listy i květy. Tato pozoruhodná schopnost se nazývá totipotence a je základem moderního množení rostlin v laboratorních podmínkách, tzv. in vitro kultivace.
Co totipotence znamená
Totipotence (z latinského "totus" - celý a "potentia" - schopnost) je schopnost jedné jediné rostlinné buňky obnovit celý program vývoje a vytvořit z sebe celého nového jedince se všemi typy pletiv a orgánů. Na rozdíl od živočišných buněk, kde je totipotence u dospělého organismu prakticky vzácná (výjimkou jsou raná embryonální stadia), si u rostlin tuto schopnost uchovává velké množství zralých, i poměrně specializovaných buněk po celý život.
Proč mají rostliny tuto schopnost a živočichové většinou ne
Rostlinné buňky na rozdíl od živočišných obvykle neztrácejí svůj genetický "plný program" ani po specializaci na konkrétní funkci - jejich jádro obsahuje kompletní genetickou informaci a za vhodných podmínek (správný poměr rostlinných hormonů, živné médium, sterilní prostředí) mohou tento program znovu "spustit" a vrátit se do nediferencovaného, embryonálního stavu.
Jak se totipotence využívá v praxi - množení in vitro
Množení in vitro (mikropropagace) využívá totipotenci k rychlému a hromadnému vytváření geneticky identických kopií (klonů) rostlin z malého množství výchozího materiálu. Postup obvykle probíhá v několika krocích:
- Z rostliny se odebere malý kousek pletiva (explantát) - může to být vrcholový pupen, kousek listu, stonku nebo i jediná buňka.
- Explantát se sterilně umístí na živné médium obsahující cukry, minerály, vitamíny a přesně dávkované rostlinné hormony (auxiny a cytokininy).
- Buňky explantátu se nejprve rozdělí do neuspořádané hmoty nediferencovaných buněk zvané kalus.
- Úpravou poměru hormonů v médiu se z kalusu postupně vyvinou nové výhonky a kořeny, až vznikne celá malá rostlinka.
- Vzniklé rostlinky se po zakořenění postupně přizpůsobí (zakalí) na normální podmínky mimo sterilní prostředí a přesadí do substrátu.
K čemu je to užitečné
Množení in vitro umožňuje z jediné kvalitní matečné rostliny vyrobit tisíce geneticky identických potomků za relativně krátkou dobu, což je nenahraditelné u vzácných, obtížně množitelných nebo komerčně cenných odrůd - typicky u orchidejí, brambor, banánovníků nebo okrasných rostlin. Navíc tato metoda umožňuje i "vyčištění" rostliny od virů, protože se často používají jen nejmenší, nejmladší buňky vrcholového pupenu, kam se viry obvykle nedostanou tak rychle jako do zbytku rostliny.
Omezení metody
Ne všechny rostliny reagují na in vitro množení stejně dobře - některé druhy jsou citlivé na sterilní prostředí, jiné vyžadují velmi specifické poměry hormonů, které se musí experimentálně vyladit. Navíc jde o metodu náročnou na vybavení (sterilní box, laboratorní sklo, přesné dávkování) a není tedy běžně dostupná pro domácí pěstitele, ale využívají ji především profesionální školky a výzkumné laboratoře.
Totipotence v porovnání s jinými pojmy a praxí
Totipotenci je třeba odlišovat od pojmu regenerace v širším smyslu - prosté zakořenění řízku totiž využívá jen schopnost některých specializovaných buněk (typicky v oblasti uzlin na stonku) znovu vytvořit kořeny, zatímco totipotence je silnější, obecnější schopnost, kdy se i jediná, zdánlivě běžná buňka dokáže vrátit zpět do nediferencovaného stavu a nastartovat vývoj úplně nového jedince od základu, včetně všech orgánů.
Úspěšné komerční příklady
Množení in vitro naprosto proměnilo obchod s orchidejemi - dříve vzácné a drahé rostliny rozmnožované pomalým dělením hlíz jsou dnes díky mikropropagaci dostupné za zlomek původní ceny, protože z jediné kvalitní matečné rostliny lze během roku vyprodukovat tisíce geneticky identických sazenic. Podobně se in vitro metody běžně používají u banánovníků, jahodníku nebo brambor, kde navíc umožňují získat rostliny prokazatelně zbavené virových infekcí.
Riziko somaklonální variace
Zajímavým úskalím metody je takzvaná somaklonální variace - při opakovaném dělení buněk v kalusu může docházet k drobným genetickým změnám, takže část vypěstovaných rostlinek se nakonec nemusí přesně shodovat s matečnou rostlinou. Pro běžné okrasné účely to obvykle nevadí nebo se to dokonce využívá k vyšlechtění nových variet, ale u šlechtění certifikovaných, geneticky stálých odrůd musí laboratoře výsledné rostliny pečlivě testovat a nežádoucí odchylky vyřazovat.
Pro domácí pěstitele je zajímavé vědět, že základní princip totipotence lze pozorovat i bez laboratoře - třeba při zakořeňování listových řízků africké fialky ve vodě, kde se z jediného listu postupně vyvinou nové kořeny i celá rostlina, byť v mnohem jednodušší a méně kontrolované formě než při sterilní in vitro kultivaci.
