Một số hình thức tái sinh ở thực vật

1. Điều khiển sự tái sinh chồi và rễ bất định mới thông qua sự biệt hóa mô phân sinh

Theo các cơ chế tái sinh thực vật, sự tái sinh cơ quan mới (de novo) dẫn đến việc tái sinh rễ bất định và chồi bất định trong ống nghiệm hoặc từ các cơ quan thực vật bị thương. Điều này vẫn xảy ra khá phổ biến trong tự nhiên. Quá trình tái sinh của chồi và rễ bất định mới được gọi là quá trình phát sinh chồi de novo và rễ de novo. Giống như quá trình tạo phôi soma, chồi, rễ được tạo ra trực tiếp từ mô phân sinh có sẵn hoặc các cơ quan bị tổn thương trong các điều kiện thích hợp. Nhân giống theo phương pháp giâm cành, chiết cành cơ bản dựa trên sự tái sinh trực tiếp cơ quan de novo (hình 1; hình 2). Quá trình hình thành cơ quan de novo gián tiếp khi các tế bào đã trải qua quá trình biệt hóa và các chất điều hòa sinh trưởng có vai trò kích thích sự phân chia tế bào, sau đó các tế bào biệt hóa bổ sung được tạo ra trong thời gian nuôi cấy tiếp theo và cuối cùng tạo ra mô sẹo đa năng (hình 1). Ở các điều kiện thích hợp, mô sẹo đa năng sẽ trải qua những thay đổi sinh lý và sinh hóa, dẫn đến phân chia tế bào theo vị trí và hướng khác nhau. Sự hình thành cơ quan chồi de novo và rễ de novo nhờ tỉ lệ kết hợp khác nhau của auxin và cytokinin. Còn tái sinh trực tiếp, chồi và rễ được tạo ra trực tiếp trên đoạn thân cây có mô phân sinh tồn tại trước đó. Hiện tượng tái sinh cây này cũng khá phổ biến trong tự nhiên như có ở cây sống đời, cây hoa đá... Cũng có thể dùng biện pháp nhân tạo để nhân giống vô tính như giâm hom cành, lá, vảy hành của củ hoặc tiến hành kỹ thuật cấy mô in vitro.

Hình 1. Con đường tái sinh thực vật qua sự biệt hóa mô phân sinh Nguồn: Sang & cs., 2018

Chú thích: Tái sinh cây từ chồi ngọn (A); Tái sinh cây từ một đoạn thân (B); Tái sinh cây từ chồi bên (C); Xử lý indol acetic acid để hình thành rễ bất định (D). Hình 2. Tái sinh cây bina chaya (Cnidoscolus aconitifolius) bằng con đường trực tiếp từ bộ phận cây đã có sẵn mô phân sinh

2. Đa dạng các hình thức tái sinh ở cây có hạt

Thực vật có hạt chứa các mô phân sinh đỉnh ở cả đầu trên và đầu dưới của cơ thể, tương ứng là mô phân sinh đỉnh chồi và mô phân sinh rễ. Mô phân sinh chịu trách nhiệm sửa chữa sau tổn thương: khi vùng trung tâm của mô phân sinh đỉnh chồi bị cắt bỏ cục bộ, các tế bào xung quanh ở vùng ngoại vi sẽ tái tạo lại mô phân sinh chức năng (hình 3A). Thân cây có thể sửa chữa các mô sau khi bị cắt bỏ một phần (hình 3B). Tương tự, khi một phần của mô phân sinh rễ bị loại bỏ, các tế bào còn lại trong mô phân sinh sẽ trải qua quá trình phân chia bổ sung và xây dựng lại mô phân sinh hoàn chỉnh. Do đó, các rễ bên hoặc rễ phụ mới lần lượt được hình thành từ rễ và thân còn lại (hình 3F).

Hình 3. Đa dạng các hình thức tái sinh ở cây có hạt  Nguồn: Ikeuchi & cs., 2016

Ở chồi, mô phân sinh ở chồi nách giữ được ở trạng thái ngủ nhờ sự có mặt của mô phân sinh đỉnh. Khi mất các mô phân sinh đỉnh này, trạng thái ngủ ở đỉnh bị phá vỡ và các chồi nách bắt đầu phát triển. Vì vậy, trong trường hợp chúng không thể sửa chữa các mô phân sinh nếu toàn bộ mô phân sinh bị cắt bỏ thì chúng sẽ phát triển các cơ quan mới de novo như chồi nách và rễ bên (hình 3C, E). Ngoài các mô phân sinh đỉnh này, thân cây còn có một số kiểu tái tạo mô, bao gồm tái tạo mạch sau khi bóc vỏ, sửa chữa mô sau khi mất một phần và kết nối lại mạch dẫn trong quá trình ghép. Một số thực vật trải qua quá trình hình thành cơ quan mới de novo và phát triển các cơ quan de novo từ các vị trí bị cắt (hình 3D, G).

3. Đa dạng các hình thức tái sinh cây trong môi trường nuôi cấy mô in vitro

Khả năng tái tạo của tế bào thực vật được tăng cường hơn khi mẫu được nuôi cấy in vitro trên môi trường dinh dưỡng có bổ sung hormone thực vật. Sự tái sinh in vitro có thể được tạo ra từ phấn hoa, được sử dụng để phát triển cây đơn bội thông qua quá trình tạo phôi soma, từ đó có thể tạo ra cây lưỡng bội đồng hợp tử (Maraschin & cs., 2005) (hình 4A). Ở nhiều loại ngũ cốc một lá mầm như lúa (Oryza sativa) và ngô (Zea mays), các mô soma trưởng thành ít tái sinh hơn và do đó phôi hợp tử hoặc cũng có thể từ hạt của quả non được sử dụng để tái sinh in vitro. Mẩu chồi, đoạn thân của nhiều cây cảnh được sử dụng để nhân giống vô tính, vì nhiều chồi có thể được hình thành từ một đầu chồi hoặc đoạn thân mang một chồi duy nhất (hình 4B), hoặc có thể từ từ một mẩu lá (hình 4C). Sự tái sinh chồi, rễ hay toàn bộ cây de novo cũng có thể tạo ra từ các mô soma trưởng thành khác nhau nhưng cũng có thể được tái sinh ngay cả từ các tế bào trần (protoplast) đơn lẻ thông qua sự hình thành và tạo phôi soma (hình 4D). Hình 4E từ trên xuống dưới, cho thấy: sự tái sinh của phôi soma (đầu mũi tên) từ các vi bào tử phân lập của cây bắp cải Trung Quốc (Brassica rapa var.); sự tái sinh của nhiều chồi (đầu mũi tên trắng) từ một mẫu đốt cây (đường viền nét đứt) vào môi trường dinh dưỡng có mang một chồi nách đơn của hoa cúc (Chrysanthemum morifolium); tái sinh mô sẹo và chồi (đầu mũi tên trắng) từ mẫu lá cây thuốc lá (Nicotiana tabacum) (đường viền nét đứt); và tái sinh phôi soma từ protoplast phân lập từ tế bào lá của cây nho (Vitis vinifera).

Hình 4. Đa dạng các hình thức tái sinh cây trong môi trường nuôi cấy mô  Nguồn: Ikeuchi & cs., 2016

Nguyễn Thị Phương Dung - Bộ môn Sinh lý thực vât - khoa Nông học