Что такое клонирование растений и зачем это нужно?

Услышав слова "клон" и "клонирование", многие вспоминают овечку Долли и опыты в недрах таинственных лабораторий, откуда выходят на свет созданные словно под копирку существа. На самом деле, клоны растений окружают нас повсюду и бояться их нет причин!

Действительно ли клоны устрашающи и неестественны для природы? Таким вопросом порой задаются и клиенты нашей компании, уже привыкшие покупать растения, полученные "из пробирки", то есть методом клонального микроразмножения. Давайте попробуем разобраться в том, что такое клон, клонирование и какое отношение эти термины имеют к нашим садам и огородам.

Клон: история понятия

Впервые термин "клон" предложил использовать известный английский биолог Джон Холдейн (1963 г). Клон (в переводе с греч. – "веточка", "побег" и "отпрыск") – это один или несколько новых организмов, возникших из части или целого органа материнского организма.

Чаще всего человек сталкивается с клонированием в мире растений. Ветка смородины, давшая корни в стакане с водой – один из примеров: куст смородины – материнский организм, а веточка, отделенная от него и пустившая корни – это новый, молодой организм, или клон. То есть, когда вы укореняете черенок хризантемы или листок фиалки, вы занимаетесь самым настоящим клонированием!

Размер части материнского растения значения не имеет, это может быть половина куста пиона или всего одна клетка организма. Чтобы клонировать растение, главное, поместить его часть в условия, в которых она смогла бы вырасти в целый организм. При этом новое растение будет обладать теми же свойствами и признаками, что и материнское.

Растения клонируют сами себя

Пример черенкования смородины может привести к мысли о том, что клонирование – явление не естественное, ведь это человек отделяет веточку и ставит ее в воду, а не само растение. Но давайте посмотрим, насколько клонирование распространено в природе. Многие примеры могут вас удивить своей неожиданностью.

Самый известный "любитель" клонирования – садовая земляника ( Fragaria ananassa). Каждый год она образует несколько длинных побегов, называемых столонами (усами). На концах усов развиваются новые кустики – розетки, которые быстро укореняются.

До тех пор пока молодая розетка связана с материнской, она фактически является ее веткой, но это состояние временное. Молодая розетка становится самостоятельным растением на следующий год, когда ус, соединявший ее с материнской розеткой, отмирает. Так вполне естественно происходит клонирование в природе.

Может показаться, что клонирование не слишком распространено в природе и является исключением, а не правилом. Однако это всего лишь видимость: среди окружающей нас растительности можно обнаружить множество примеров естественного клонирования.

Сходным способом создания своих копий, которым пользуется земляника, обладают лапчатка гусиная ( Potentilla anserina) и лютик ползучий ( Ranunculus repens). Эти растения также образуют усы с розетками листьев на концах. Поселяясь на участках, сорняки могут серьезно докучать хозяевам сада из-за такого способа размножения.

Многие растения прибегают к другой, хотя и похожей тактике клонирования. Лесная черника ( Vaccinium myrtillus) также является отличным специалистом по собственному клонированию. Все начинается с одного кустика, выросшего из семени. Он образует два типа побегов: вертикальные, несущие листья, и горизонтальные, подземные. Горизонтальные побеги, стелясь в толще лесной подстилки, радиально расходятся в разные стороны, ветвятся и формируют боковые побеги. Так образуются весьма внушительные по площади черничники.

Несколько лет все кусты черники остаются связанными друг с другом породившими их горизонтальными побегами. Со временем в центре расширяющегося "горизонтального куста" самые старые кустики отмирают. Такой черничник начинает напоминать так называемые "ведьмины кольца" – круги, образуемые грибами различных видов при разрастании грибницы.

С этого момента связь между кустиками черничника прерывается, и они становятся самостоятельными растениями. Так черника создает сразу множество своих копий, то есть клонирует себя.

Водные растения – рекордсмены клонирования

Представители одного из семейств водных растений – водокрасовые ( Hydrohariaceae) – считаются настоящими мастерами клонирования. Это семейство хорошо знакомо аквариумистам и любителям садовых водоемов. Водокрасовые в совершенстве освоили тот же способ размножения-клонирования, который практикует земляника.

Самый известный представитель водокрасовых – стрелолист обыкновенный ( Sagittaria sagittifolia), житель умеренных рек и озер. Образуя горизонтальные побеги (усы), он быстро распространяется по дну водоема. Стрелолист формирует не только усы, но и клубни, несущие запас питательных веществ для потомков-клонов.

Типичный представитель этого семейства – водокрас (Hydroharis) – также образует усы. Именно он покрывает прибрежные отмели мелкими листьями, напоминающими листья крошечных кувшинок. Эта кроха способна за лето затянуть поверхность небольшого пруда, распространяясь при помощи усов, которые случайно переносят на лапках водоплавающие птицы, помогая растению размножаться. 

В семействе водокрасовых есть растение, которое благодаря непревзойденной способности к клонированию смогло завоевать целый континент. Это элодея канадская (Elodea canadensis), или как ее еще называют "водяная чума". В начале XIX века это растение, цепляясь за нижние части кораблей, "сбежало" из Северной Америки, пересекло Атлантический океан и попало в пресные водоемы Европы.

При помощи вегетативного размножения (клонирования) оно распространилось по всей Европе и уже является обычным растением в водоемах Сибири. Это яркий пример глобального природного эксперимента по клонированию.

Говоря о клонах и клонировании, невозможно обойти вниманием самый впечатляющий рекорд, установленный в царстве растений. Роща тополя осинообразного ( Populus tremuloides) – знаменитый клон и единый живой организм.

Анализ генома растений этой рощи показал, что все ее деревья имеют один и тот же генотип и являются вегетативными потомками одного растения. Площадь, занимаемая клоном, составляет 43 га, возраст рощи – 80 000 лет. Этому клону даже присвоено имя – Пандо (в переводе с лат. – "распространяющийся всюду").

Клонирование в мире животных

Не менее удивительно, что клонирование освоили и животные. Из школьного курса биологии многие помнят маленькое хищное животное – гидру ( Hydra). Для нее клонирование вполне естественно: на боковой поверхности тела-стебелька образуется нарост в виде веточки, на конце которого впоследствии прорезается рот и вырастают щупальца. Через несколько дней молодая гидра отделяется от тела родительской и начинает самостоятельную жизнь.

Клонирование освоили даже хордовые животные (хорда – предшественник позвоночника), то есть дальние родственники человека.

Таким способом могут размножаться асцидии (Ascidiacea). В возрасте личинки они похожи на маленькую рыбку-головастика. Через некоторое время личинка прикрепляется головной частью к камню и претерпевает изменения, в ходе которых на ее теле формируются новые особи – клоны родительского организма.

Клонирование на службе у садоводства

Можно сказать, что природа в какой-то степени превзошла человека в искусстве клонирования, и это явление вовсе не чуждо естественному ходу вещей. Человек давно взял на вооружение этот способ тиражирования копий интересных для него организмов, и в первую очередь – растений. Способов клонирования или, как его принято называть в отношении растений – вегетативного размножения, немало. Это черенкование, отделение усов (например, у земляники), отводки, прививки, разделение кустов.

В начале XX века наука подарила садоводству новый метод размножения – in vitro (ин витро), или культуру изолированных тканей и органов растений. Суть метода в том, что части органов или отдельные органы (обычно небольшого размера) растений стерилизуют и помещают в изолированные стерильные условия, где проходит их выращивание на искусственной питательной среде. В качестве изолированных условий обычно выступают герметично закрытые пробирки или иные прозрачные сосуды.

Логичным будет вопрос: зачем помещать часть растения в изолированные стерильные условия? Ведь, например, оторванный листик сенполии – это отдельный орган и его можно запросто выращивать в стаканчике с водой.

Дело в том, что в 1920-х годах ученые-биологи подошли вплотную к необходимости ответить на вопрос: какова минимальная часть растения, способного вырасти в целый организм? Пытаясь выращивать отдельные органы и их части, взятые от разных растений, ученые столкнулись с существенным препятствием: чем меньше был изолированный фрагмент растения, тем большей опасности поражения бактериями и грибами он подвергался. Попытки культивировать стерильные фрагменты растений в изолированных условиях показали, что даже очень маленький кусочек растения, если он свободен от спор бактерий и грибов, может долго оставаться живым и даже расти!

Эксперимент позволил добиться регенерации из отдельных клеток целого растения, способного к цветению. Ведь чтобы из маленького кусочка, состоящего всего из нескольких сотен или десятков клеток, вырастить полноценный организм, в котором сотни тысяч клеток, требуется значительный объем питания и энергии.

Питательная среда для клонирования

Искусственная питательная среда – единственный компонент технологии размножения in vitro, привнесенный человеком. Но чуждых природе веществ в этой среде практически нет. В ее состав входят:

• сбалансированный комплекс минеральных солей;
• сахароза (сахар без примесей);
• витамины (В1, В3, B6, В8, С), необходимые для поддержания роста;
• гормоны (вещества, регулирующие и направляющие рост в необходимую сторону).

Присутствие в среде гормонов может насторожить любителей экологически чистых продуктов. Но давайте вспомним историю этого метода размножения. Французский ученый Жорж Морель в 1960 г. разработал и предложил технологию массового размножения орхидей в культуре in vitro. А одним из основных компонентов среды, который в то время заменял функцию гормонов, вплоть до 80-х годов был сок кокосовых орехов.

В соке кокоса содержатся те же гормоны, которые сейчас отдельно добавляют в питательную среду, а значит, вещества, которые могут показаться нежелательными "искусственными" компонентами, оказались чуть ли не одними из самых естественных.

Технология, предложенная Ж. Морелем, позволяет быстро и эффективно размножать практически любые растения. Ей дали название – клональное микроразмножение. Большинство рододендронов и орхидей, продающихся сегодня в цветочных магазинах, были произведены при помощи именно этого метода. Особенно замечательно то, что эта удивительная технология позволяет размножать в требуемом количестве растения, которые обычно способны давать отростки всего лишь раз в год.

Еще одна уникальная особенность технологии в том, что размножение растений проводится в изолированных условиях, которые позволяют сохранить клоны свободными от грибковых, бактериальных и вирусных болезней. Отсутствие заболеваний – залог полноценного раскрытия потенциала растения.

Надеемся, что теперь слово клон стало более понятным и не таким пугающим, а клонирование и технология клонального микроразмножения подтолкнет вас к увлечению этими интересными процессами.