دورة الخلية وارتباط ذلك بزراعة الأنسجة

بالرغم أن هناك العديد من التعريفات التي تدور حول النمو لكن من الثابت أن النمو في النباتات الراقية يتم بزيادة عدد الخلايا أو حجمها أو كليهما معاً. وقد لا يكون هناك حد فاصل بين هاتين العمليتين ففي مناطق القمم النامية يحدث انقسام الخلايا في بضع مليمترات من القمة النامية والتي يليها منطقة الاستطالة حيث تزيد الخلايا في الحجم. أما في الأعضاء النباتية كالأوراق واللحاء فإن عمليتي الانقسام والاستطالة تحدثان في نفس المكان وقد تتزامنان وتمر الخلية أثناء الانقسام بعدة مراحل هي M, G1, S, G2 (الشكل التالي) وتؤدى كل مرحلة من هذه المراحل إلى حدوث المرحلة التالية، وتتكرر هذه المراحل في كل دورة من دورات الانقسام الخلوي. وتعرف الفترة التي تستغرقها الخلية من بداية الانقسام حتى نهاية الانقسام الثاني بدورة الخلية.

تنقسم الخلية انقساما ميتوزياً (mitosis (M ينتج عنه غالباً خليتين متشابهتين. وقبل أن تنقسم الخلية مرة أخرى تمر بمرحلة تسمى مرحلة التهيؤ الأول (gap1 (G1 ويسمي (post-mitotic interphase) وخلال هذه الفترة يتم معظم النمو الضروري لعضيات الخلية المختلفة وكذلك السيتوبلازم. وتقود هذه العملية إلى مرحلة أخرى تسمى مرحلة التخليق (synthesis (S حيث يتم خلالها تضاعف محتوى الخلية من المادة الوراثية المعروفة بالحامض النووي الديوكسي ريبوز DNA وبنهاية هذه المرحلة يكون كل كروموسوم مكون من كروماتيدتين واضحتين. وبعد طور التخليق تأتى مرحلة التهيؤ الثانية وتسمي gap2 (G2) post-synthetic قبل أن تدخل الخلية في الانقسام الميتوزي مرة أخرى وفي الظروف الطبيعية يكون زمن كل مرحلة من المراحل S و M و G2 ثابتاً أما الزمن الذي تستغرقه الخلية في المرحلة G1 فهو متباين.

وتفترض إحدى النظريات المفسرة لدورة الخلية أن هناك نقاط تحكم أساسية في هذه الدورة، ويتم تخليق المواد المتحكمة في تلك النقاط في المرحلتين G1 و G2. وتتوقف الخلية عن الانقسام في هاتين المرحلتين إذا كانت هذه المواد غير كافية. وبإعادة تخليق هذه المواد مرة أخرى تعاود الخلية الانقسام من جديد ويكون دور زراعة الأنسجة آنذاك هو العمل على استحثاث تكوين تلك المواد في الخلايا التي تحولت إلى الحالة المتكشفة. وبتوقف انقسام الخلية تنشط العمليات الدافعة للتكشف وتكوين أعضاء جديدة. ويفترض البعض أن الخلية التي دخلت في مرحلة التكشف تتوقف عن النمو في مرحلة تعرف بـ G0 والتي قد تحدث قبل أو عقب الانقسام الميتوزى فإذا حدثت بعده تكون الخلايا ثنائية العدد الكروموسومى أما إذا حدثت بعد طور التهيؤ الأول وقبل الانقسام الميتوزى مباشرة فإن الخلية ستكون متضاعفة العدد الكروموسومي والمفترض أن تسبق هذه المرحلة مرحلة الطور اللاجى (lag) الذي يؤهل الخلية للدخول في مرحلة التخليق.

شكل يبين: دورة خلية الكائنات الراقية بدءاً من الطور الميتوزي (Mitosis (M ثم Cytokinesis (C) ويليه (post-mitotic interphase (G1 و (post-synthetic interphase (G2 أما S-phase فهي مرحلة تخليق الحامض النووي. تشير الأجزاء المظللة إلى الأماكن الأساسية لتحكم البروتين في الدورة (2001 ,Francis & Sorrell).

ويحتاج التكشف لتخليق الـ DNA الموجود في النواة والعضيات الأخرى، فإن كان هناك انقساماً خلوياً سابقاً فإن هذا التخليق يحدث في طور الـ S-phase. أما في حالة حدوث التكشف دون الانقسام فإن تخليق المادة الوراثية يتم عن طريق التضاعف الذاتي amplification و endopolypliodisation للجينات المسئولة عن هذا التكشف. وهناك بعض الصور من التطور للأعضاء كتكوين عناصر الخشب الناقصة Tracheids التي تتم بحدوث تضاعف في عدد الكروموسومات والمادة الوراثية دون انقسام النواة لعدم تكون خيوط المغزل ويعرف ذلك بالتضاعف الداخلي endoreduplication أو endopolyploidy أو .endomitosis . والجدير بالذكر أنه إذا استعملت أنسجة محتوية على خلايا بها هذه الصور من التضاعف فإن النباتات التي ربما تتكشف منها ستكون محتوية على هذا التضاعف. لكن لا يرتبط العديد من صور تكشف الخلايا كالاستطالة وتكوين الأزهار وتغير لون البلاستيدات بانقسام الخلايا، حيث يحدث التكشف في بضع مليمترات من الخلايا دون الحاجة إلى الانقسام. فمثلا السيوبرين يتكون في خلايا درنات البطاطس عند جرحها، وكذلك الأوعية الناقلة تتكون في الأنسجة دون الحاجة إلى انقسام الخلايا.

ويلاحظ أن بعض الخلايا عالية التخصص تبدو وكأنها فقدت القدرة على الارتداد إلى الحالة الميرستيمية أي عدم التكشف مرة أخرى وبذلك فقدت القدرة على تكوين نبات جديد. ويطلق على الخلايا التي لها القدرة على التكشف لعضو ما كان تكون أشطاء أو جذور أو أجنة جسدية بأنها خلايا مؤهلة competent cells وقد تكون الخلية مؤهلة للتكشف لعضو محدد من الأعضاء السابقة دون الآخر وتسمى الخلية في هذه الحالة بالخلية المحددة determined cell فخلايا القمم الميرستيمية للسوق مؤهلة لأن تتكشف إلى خلايا ساق أما خلايا القمم الميرستيمية للجذر فهي مؤهلة لأن تعطى خلايا جذر. لكن حتى وإن كانت الخلية مؤهلة للتكشف فلابد أن تتوفر الظروف التي تدفع الخلية للتكشف كما سبق الذكر . ويمكن بالتحكم في الظروف الخارجية تعديل تأهيل الخلية فيمكن للخلايا الميرستيمية المفصولة من القمم النامية للسوق أن تعطى جذور والعكس صحيح. وتلعب منظمات النمو خاصة الأوكسينات والسيتوكينينات معا الدور الأعظم في هذه العملية (1996 ,Tao & Verbelen) . ولكل مجموعة دوراً مكملا للآخر فالاكسين يعمل على تضاعف الحامض النووي بينما للسيتوكينينات دوراً أساسياً في عملية الانقسام الخلوي سواء في النبات الكامل أو في زراعة الأنسجة ولا تدخل الخلية في الانقسام الخلوي إلا إذا توفرت السيتوكينينات. ويتطلب انقسام الخلايا تناسق بين طور التخليق (S) والانقسام الميتوزي (M) ومن ثم يجب ملاحظة مستوى كلا من الأوكسينات والسيتوكينيات بدقة في بيئة زراعة الأنسجة فنقص الأوكسينات أثناء طور التهيؤ الثاني (G2) يسبب ايقاف انقسام معلق خلايا الدخان (1995 ,.Koenset al).

ويعمل منظم النمو 2iP على تقصير فترة طور التخليق بتقصير الفترة اللازمة لمضاعفة الحامض النووي. وللكينيتين دور في تنظيم عملية الفسفرة الضرورية لتخليق (cycline-dependent kinase (Cdk المتحكم في الانتقال من مرحلة التهيؤ الثانية إلى الانقسام ويعتقد أن هناك ارتباطا وثيقا بين السيتوكينينات والبروتينات المشتركة في تضاعف الحامض النووي في حلة التخليق. وقد وجد (2009) Suda et al. أن إضافة 10 ميكرولتر من منظم النمو السيتوكينينى المعروف بالبنزيل ادنين تثبط انقسام معلق خلايا الدخان، حيث لم تدخل الخلايا في طور التهيؤ الثاني بعد المعاملة بساعات قليلة. كذلك تم ايقاف أو تعطيل (على أساس التركيز المستعمل) دورة الخلايا التي كانت في مرحلة الانقسام الميتوزى. وقد سببت المعاملة موت بعض الخلايا بعد 16 ساعة من المعاملة. هذا وقد سُجل تأثير مختلف للسيتوكينينات المختلفة على الانقسام والنمو في هذه الدراسة. ولمنظمات النمو الأخرى دورا في تنظيم دورة الخلية، فهرمون الزياتين يعمل على تنشيط بعض الجينات المتحكمة في الانقسام الخلوي ودورة الخلية في نبات Arabidopsis بطريقة تشبه فعل عامل النمو المعروف بـ D cycline في الثدييات. وفي الأرز يعمل حمض الجبريلك (GA3) على استطالة السلاميات وقد يرجع ذلك على الأقل جزئيا إلى دوره في تخليق Cdk أثناء الانتقال من مرحلة التهيؤ الثانية إلى الانقسام الميتوزى، أما الدور المثبط لحامض الأبسيسك (ABA) على النمو فقد يرجع إلى تثبيط تخليق Cdk. وللمزيد من المعلومات حول هذا الموضوع يمكن الرجوع إلى Dewitte et al. (2003).

وعلى الرغم من قدرة بعض منظمات النمو على إحداث التكشف المباشر للأعضاء إلا أن بعض الخلايا في بعض الأجزاء النباتية يكون تم تحديدها determination مسبقاً بصورة جزئية لتسلك مسلكا معينا من مسالك التكشف كان تتطور إلى أجنة جسدية، ومن ثم فإنها تحتاج لتغير بسيط في الظروف المحيطة لتبدأ التكشف. ويكون هناك احتمالاً عالياً للحصول على أجنة جسدية من هذه الخلايا بالتكشف المباشر وغير المباشر. وتختلف نسبة الخلايا المؤهلة والمحددة وراثياً من نسيج لآخر داخل نفس النبات، وبالطبع يكون التباين أوسع بين الأنواع المختلفة. ويعد هذا أحد أسباب اختلاف استجابة الأنواع والأصناف المختلفة للتكشف في زراعة الأنسجة. وفي بعض الحالات رغم وجود عدد كبير من الخلايا المؤهلة والمحددة وراثيا للتكشف فإن بعضها يسلك هذا المسلك. ويرجع ذلك إلى أن الخلايا التي تدخل أولا في هذا المسلك ترسل إشارات تثبيطيه للخلايا الأخرى ويفسر ذلك زيادة عدد الأشطاء المتكونة أحيانا عندما تفصل البراعم العرضية التي تتكون أولا على المُستأصل النباتي. ومن ثم يمكن القول إن كون الخلية مؤهلة أي بمعنى آخر التركيب الوراثي للخلية هو الأساس في زراعة الأنسجة. ففي التكشف المباشر وغير المباشر يتم تكوين الأعضاء من خلايا مؤهلة ميرستيمية أو ارتدت إلى الحالة الميرستيمية تحت تأثير فعل وراثي محدد يقودها إلى تكوين عضو جديد. لكن ولسبب غير معروف حتى الآن يتم نشوء الخلايا الميرستيمية في زراعة الأنسجة من عدد قليل نسبياً من الخلايا المنزرعة .