A hottentottafüge

Carpobrotus edulis – Hottentottafüge

Dél Afrikában őshonos szukkulens növény a kristályvirágfélék/Aizoaceae/ családból. Igénytelen, gyorsan növekedő faj, melyet számos esetben talajtakaró pionir növényként telepítettek be Európába..  Élénkzöld pozsgás levelei keresztmetszetben háromszög alakúak, a kúszó hajtástengely a szárcsomóknál/noduszok/  legyökerezik így a növény vegetativ módon is gyorsan szaporodik. Májustól szeptemberig nyíló virágai első ránézésre nagyon hasonlítanak a fészkesek/ Asteraceae / virágzatához.  A mutatós nagy virág azonban egyetlen igazi magányos virág és nem virágzat .Húsos savanyú fügeterméshez hasonló sokmagvú áltermésének vastag, húsos termésfala ehető, bár gyakran sós mellékízű.Több helyen gyógynövényként ismerik, elsősorban a termés présnedvét használják különböző célokra  fertőtlenítő, antiszeptikus hatása miatt.

Cabo da Roca – Portugália. Kontinensünk legnyugatibb pontja, ahol véget ér Európa

 Napjainkra Franciaország, az Ibériai félsziget vagy Dél Anglia atlanti partvidékein, de a Földközi-tenger környékén is a hatalmas monospecifikus, a biodiverzitást  kizáró Carpobrotus régiók alkultak ki. A sziklákat szinte teljesen benövő, és a homokdűnéken is sebesen terjeszkedő növények monokulturái sok helyem hatalmas területen uralják a tengerpartokat.

 Aki  már egyszer is látta a sós szélben és a szikrázó verőfényben a látóhatár széléig terjedő  Carpobrotus edulis állományokat biztosan elámul és felötlik benne a kérdés: mi lehet ennek az agresszív a terjeszkedésnek a titka? Hiszen a jégvirágként, vagy hottentotta fügeként is emlegetett faj eredetileg Dél-Afrika partjai mentén él. Európai jelenléte azoknak a behurcolt egyedeknek köszönhető, amelyek kiszorították a parti zónából a kevésbé agresszív őshonos fajokat, és így tudtak gyorsan elterjedni. A jövevénnyel együtt nem érkeztek meg azok a természetes partnerek pl. teknősök és más állatok, amelyek növekedését eredeti élőhelyén kordában tartják. Emellett szerencsétlen véletlen, hogy a partmenti jégvirágmezők egy másik jövevény, az Európába még a mi honfoglalásunk előtt Dél-Ázsiából behurcolt házi patkány kedvelt élőhelyei lettek. A hottentotta füge termések a patkány kedvenc csemegéi és a nagy területeken kóborló rágcsálók ürülékükkel tovább terjesztik a magokat. Az ürülékben a magok jobban csíráznak és gyorsabban fejlődnek, mint a puszta sós talajokon, melyeket  később majd kúszó indáikkal borítanak be.

 A kristályvirágoknál oly gyakori szukkulens  jelleg külső morfológiai és belső élettani, biokémiai sajátosságai biztosítják a megfelelő feltételeket ahhoz, hogy a növény a  zord körülmények között is élhessen. Ezek a növények –dacára annak, hogy tengerpartokon élnek- a félsivatagi szárazságnak, forróságnak,vízhiánynak kitett növénytársaikhoz hasonlóan  végzik a gázcserét, a párologtatást és a fotoszintézist. Gázcsere nyílásaikat/ sztómák / a tipikus növényektől eltérően fényben zárva tartják, így megőrzik az anyagcseréhez értékes vizet. A zárt sztómák miatt nappal a szerves anyag produkcióhoz szükséges légköri széndioxid  nem jut be a fotoszintetizáló szövetekbe. A kloroplasztiszokban történő szervesanyag szintézishez a szükséges széndioxidot ekkor a szövetekben található jelentős mennyiségű almasav dekarboxilálásával biztosítja a növény. Estére általában az almasav készlet kiürül, a nap folyamán viszont a fényenergia segítségével az almasav lehasított széndioxidjából a kloroplasztisz cukrokat állított elő.

Éjjel, fény hiányában ez a folyamat leáll. A sötétben kinyílt sztómákon most bejut a légkör széndioxidja, melyből éjszaka a levélsejtekben egy un „sötét fixálás” folyamatban almasav keletkezik és halmozódik fel reggelre. A nyers levelek íze a nap folyamán az almasav és cukor aránytól függően változik. Délelőtt általában savanyú, estére pedig rendszerint édes lesz.

Az anyagcserefolyamatot CAM/ Crassulacean Acid Metabolism / fotoszintézisnek nevezzük és ez a „trükk” teszi lehetővé a növényi életet sok forró és száraz élőhelyen.

Meghámozott sejtek 2.

A preparált protoplasztokat sokféle kutatási célra fel lehet használni. Alapkutatások körébe tartozik, de nagyon fontos kérdés a sejt határfelületeinek ismerete a határmembrán/plazmalemma/ szerkezete, összetétele, vagy a sejtfal szintézis kezdeti szakasza. A protoplaszt ezekhez a vizsgálatokhoz ideális objektum.

 A növényi biotechnológia izgalmas területe az izolált protoplasztok egyesítése/ fuziója /, a szomatikus sejthibridizáció és ezt követően a hibrid sejtekből  újra – mostmár azonban  a szülőktől eltérő genommal rendelkező – növények regenerálása. Jelenleg a protoszplatfúzióra kétféle módszert alkalmaznak: a protoplaszt-szuszpenziókat összekeverik, és ehhez polietilén-glikolt (PEG) adnak, vagy pedig elektromos impulzussal kezelik a sejteket( elektrofúzió un fúziós kamrában).A fúzió maga általában jó hatásfokkal megvalósítható, további komoly gondot jelent azonban a  fúziós termékek szétválasztása. Általában a tápközeget használják a szelekcióra, de kapható lézeres sejtválogató berendezés  is erre a célra.

Idegen DNS szakaszok, vagy akár kromoszómák bejuttatására és ezen az úton un transzgénikus(TM) növények létrehozására könnyebben adott a lehetőség a sejtfal mentes protoplaszt  állapotban. Ilyenkor közvetítőként általában az Agrobacterium mikroorganizmusok néhány faját használják a biotechnológiában.

Az első protoplasztokat az enzimes eljárással 1960-ban izolálták, nem sokkal ezután már kísérleteztek a protoplasztok fúziójával is. Először sikeresen egy adott faj protoplasztjainak fúziójával  dupla vagy magasabb kromoszómaszámú poliploid un homokarion sejthibrideket és növényeket állítottak elő. 1971-ben sikerült először két dohányfaj protoplasztjainak fuziójából szomatikus dohány fajhibrid növényt létrehozni.Ez már heterokarion sejthibrid, hiszen két faj protoplaszt fúziójából jött létre.. 1978-ban a burgonya és paradicsom protoplasztok fuziójával  keletkezett sejthibridekből először Németországban neveltek fel intergenerikus nemzetséghibrid növényeket. Magyar kutatók 1987-ben állították elő a dohány-sárgarépa sejthibridbekből  a NICA nevű intergenerikus hibrid növényt.

 Napjainkban számos  mutáns hibridnövényt ismer a tudomány és a gyakorlat, melyek létrehozásában a  protoplaszt fúziós, vagy az irányított génbevitel technika szerepet játszott. A protoplaszt fúzió nem egy célzott, irányított beavatkozás. Pontosan előre nem lehet jelezni az eredményt. Nem lehet tudni, hogy milyen tulajdonságok stabilizálódnak végül, és bizony a  kiszámíthatatlanság miatt hátrányos tulajdonságok is megjelenhetnek. A már említett burgonya-paradicsom hibridek egy része inkább a paradicsomra hasonlít( angol nevüket magyarra fordítva:burdicsom),  míg a másik részénél inkább a burgonya jellegek a meghatározók( az előbbiek alapján ez a pargonya). Számos további kísérlet igazolta, hogy a szomaklonális variabilitás állandó eleme ezeknek a kísérleteknek.

 Az irányított génbevitelnél a várható eredmény jobban előre jelezhető. Ma inkább ezen a területen látunk rohamos fejlődést, különösen az ellenálló, rezisztens fajták létrehozásánál. A ma használt génmódosított(GMO) növények zöme irányított génbevitellel létrehozott valamilyen tényezőre rezisztens fajta. A dohány protoplaszt genomba beépített szentjánosbogár luciferáz gén és az így létrehozott megfelelő körülmények között világító levelű dohány inkább a technika távlatait mutató modell értékű szenzáció.  Az izolált protoplasztok felhasználásának is meg vannak a határai, azonban a modern növényi biotechnológia kelléktárában egyszerűen nélkülözhetetlenek.

Meghámozott sejtek 1.

A növényi-, a gomba-, és a baktérium sejtek jellegzetes alkotórésze a sejtfal, amely körülveszi a sejtmembránnal / növényi sejtek esetében a plazmalemmával/ határolt plazmát. A protoplaszt  a sejtek sejtfalon belül elhelyezkedő külső határmembránnal övezett része. A határmembrán természetes körülmények között a sejtfalhoz illeszkedik, a protoplasztot  és a mikroszkópban jól látható sejtfalat ilyenkor a külső szemlélő nem tudja külön választani. Plazmolízált sejtekben azonban a határmembrán elválik a sejtfaltól és ekkor a protoplaszt és a sejtfal elkülönülnek.

 Plazmolizált sejteknél különösen akkor, ha a sejtek nagy, színes anyagokat raktározó vakuolummal rendelkeznek plazmolíziskor a sejtfaltól elváló zsugorodó protoplasztok jól látszanak

A sejtfal mesterséges eltávolításával a növényi sejtek különleges formái  izolált protoplasztok nyerhetők, melyeket az állati sejtekhez hasonlóan csupán egy külső sejtmembrán határol.

 Csupán membránnal határolt izolált protoplasztokat mintegy száz éve sikerült előállítani először. Plazmozilált hagymalevél sejtekből késes aprítással kaptak gyenge hatásfokkal kis mennyiségben ép  sejtfal nélküli protoplasztokat. A hatékony  izolált protoplaszt előállítást a múlt század második felében az ismert sejtfalbontó enzimek alkalmazása tette lehetővé. Tekintettel a sejtfal összetételére gombákból és csiga nyálmirigyből kinyert celluláz, hemicelluláz és pektináz enzimek keverékében emésztik le a sejtfalat. A membránstabilitás növeléséhez kalcium ionokat,az ozmotikus stress mérséklése érdekében gyakran indifferens ozmotikumot/ pl mannitol, szorbit/ is tartalmaz az enyhén hiperozmotikus emésztő közeg.

Az emésztés lehet gyors/pár óráig tartó/ és lassabb mintegy 12 órát igénylő/”overnight”/ folyamat. Az enzimkészítmények tisztasága, minősége is fontos,de döntő szerepe  a kiinduláshoz használt növényanyag élettani állapotának van. Ezért gyakran különböző előkezeléseket alkalmaznak. Ma még nem ismerünk általánosan használható eljárást protoplaszt preparátumok készítéshez. Minden új  faj, fajta vagy új szövettípus  új kihívást jelent!

A keletkezett ép csupán határmembránnal körülvett izolált protoplasztok ozmotikusan stabilizált közegben az eredeti sejt alakjától függetlenül egységesen gömb alakúak. Az emésztési folyamatot követő tisztítás és elválasztás általában cukor oldatban történő alacsony sebességű centrifugálással történik.

A preparált protoplasztok átmeneti állapotban levő sejtek. Amennyiben megfelelőek a feltételek –   biztosított a sterilitás és a megfelelő táptalaj – azonnal megindul az új sejtfal felépítése és általában egy hét alatt a protoplaszt körül újra kiépül a sejtfal, újra létrejön egy tipikus növényi sejt.

A józanul gondolkodó laikusokban ekkor vetődik fel a kérdés: akkor mi értelme ennek az egésznek? Miért bontjuk le fáradtságot és költséget nem kímélve a sejtfalat, ha az izolált protoplaszt  – amilyen gyorsan csak képes erre  – újra felépíti azt saját határoló membránja köré?  Erre a kérdésre következő blogban próbálunk választ keresni.