เซลล์ต้นกำเนิดพืช

เซลล์ต้นกำเนิดของพืชเป็นเซลล์ที่ยังไม่ได้รับการจำแนกประเภทโดยกำเนิดซึ่งตั้งอยู่ในเนื้อเยื่อเจริญของพืช^{[ 1 ]}เซลล์ต้นกำเนิดของพืชทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของพลังชีวิตของพืช เนื่องจากพวกมันดำรงอยู่ได้ด้วยตัวเองในขณะที่จัดหาเซลล์ตั้งต้น อย่างต่อเนื่อง เพื่อสร้างเนื้อเยื่อและอวัยวะที่แตกต่างกันในพืช^{[ 2 ]}มีการแบ่งพื้นที่ของเซลล์ต้นกำเนิดออกเป็นสองส่วนที่แตกต่างกัน ได้แก่ เนื้อเยื่อเจริญปลายยอดและเนื้อเยื่อเจริญด้านข้าง

เซลล์ต้นกำเนิดของพืชมีคุณสมบัติเด่นสองประการ ได้แก่ ความสามารถในการสร้างเซลล์ที่แตกต่างกัน ทุก ประเภท และความสามารถในการต่ออายุตัวเองเพื่อรักษาระดับจำนวนเซลล์ต้นกำเนิดไว้^{[ 3 ]}เซลล์ต้นกำเนิดของพืชไม่เคยแก่ชราแต่สามารถสร้างเซลล์เฉพาะทางและเซลล์ทั่วไปใหม่ๆ ได้อย่างไม่สิ้นสุด และมีศักยภาพที่จะเติบโตเป็นอวัยวะ เนื้อเยื่อ หรือเซลล์ใดๆ ในร่างกายได้^{[ 2 ]}ดังนั้นจึงเป็น เซลล์ ที่มีศักยภาพในการสร้างใหม่ ซึ่งช่วยส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชและการสร้างอวัยวะใหม่ๆ ตลอดช่วงชีวิต^{[ 1 ]}

ต่างจากสัตว์ พืชไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ เนื่องจากพืชไม่สามารถหลบหนีจากอันตรายด้วยการเคลื่อนไหว พวกมันจึงต้องการกลไกพิเศษเพื่อทนต่อความเครียดจากสิ่งแวดล้อม ต่างๆ ที่บางครั้งคาดไม่ถึง สิ่งที่ทำให้พวกมันสามารถทนต่ออิทธิพลภายนอกที่รุนแรงและดำรงชีวิตได้คือเซลล์ต้นกำเนิด อันที่จริง พืชประกอบด้วยสิ่งมีชีวิตที่เก่าแก่และใหญ่ที่สุดบนโลก รวมถึงต้นสนบริสเติลโคนในแคลิฟอร์เนียสหรัฐอเมริกา (อายุ 4,842 ปี) และต้นเซควอยายักษ์ในเขตภูเขาของแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา (สูง 87 เมตรและหนัก 2,000 ตัน) ^{[ 4 ] สิ่งนี้เป็นไปได้เพราะพวกมันมีโครงสร้างร่างกายแบบโมดูลาร์ที่ช่วยให้พวกมันสามารถ อยู่}รอดจากความเสียหายอย่างมากโดยการเริ่มต้นการสร้างโครงสร้างและอวัยวะใหม่ๆ อย่างต่อเนื่องและซ้ำๆ เช่นใบและดอก^{[ 1} ]

เซลล์ต้นกำเนิดของพืชยังมีลักษณะเฉพาะที่ตำแหน่งในโครงสร้างเฉพาะที่เรียกว่าเนื้อเยื่อเมริสเต็ม ซึ่งตั้งอยู่ในเมริสเต็มปลายราก (RAM) เมริสเต็มปลายยอด (SAM) และระบบหลอดเลือด ( (โปร)แคมเบียมหรือเมริสเต็มหลอดเลือด) ^{[ 5 ]}

ตามธรรมเนียมแล้ว เชื่อกันว่าเซลล์ต้นกำเนิดของพืชมีอยู่เฉพาะใน SAM และ RAM เท่านั้น และการศึกษาต่างๆ ดำเนินการโดยอิงตามสมมติฐานนี้ อย่างไรก็ตาม การศึกษาล่าสุดได้แสดงให้เห็นว่า (โปร)แคมเบียมยังทำหน้าที่เป็นแหล่งที่อยู่ของเซลล์ต้นกำเนิดของพืชด้วย: "เซลล์โปรแคมเบียมตรงตามเกณฑ์ของการเป็นเซลล์ต้นกำเนิด เนื่องจากมีความสามารถในการต่ออายุตัวเองในระยะยาวและสามารถแยกตัวเป็นเซลล์ประเภทเฉพาะหนึ่งชนิดหรือมากกว่าได้" ^{[ 6 ]}

แคมเบียมเป็นเนื้อเยื่อเจริญชนิดหนึ่งที่มีผนังบาง ซึ่งมีอยู่เล็กน้อยและเป็นกลุ่มเล็กๆ ภายในพืช ด้วยลักษณะโครงสร้างนี้ เมื่อถูกแรงทางกายภาพกระทำ แคมเบียมจะเสียหายได้ง่ายในกระบวนการแยก ทำให้สูญเสียคุณสมบัติของเซลล์ต้นกำเนิดไป แม้จะมีความพยายามทางชีววิทยาในการแยกและเก็บเกี่ยวเซลล์ต้นกำเนิดของพืชมานานกว่า 160 ปี แต่ก็ไม่มีใครประสบความสำเร็จในการแยกเซลล์ต้นกำเนิดของพืชได้ เนื่องจากลักษณะโครงสร้างที่เฉพาะเจาะจงของเซลล์ต้นกำเนิดของพืช: "[แคมเบียมประกอบด้วยเซลล์แคบยาวที่มีผนังบางเพียงไม่กี่ชั้น ซึ่งเสียหายได้ง่ายในระหว่างการเก็บตัวอย่าง" คุณลักษณะที่เปราะบางอย่างยิ่งนี้ทำให้การศึกษาโครงสร้างและโครงสร้าง ระดับจุลภาคของแคมเบียม ทำได้ยากด้วยวิธีการแบบดั้งเดิม ดังนั้น ความล้มเหลวในการแยกเซลล์ต้นกำเนิดของพืชจากเนื้อเยื่อเจริญจึงกระตุ้นให้นักวิทยาศาสตร์นำวิธีการเพาะเลี้ยงเซลล์พืชโดยใช้แคลลัส (เซลล์ที่ลดระดับความแตกต่าง) มาใช้เป็นทางเลือกแทนเซลล์ต้นกำเนิดของพืช

แคลลัสหรือเซลล์ที่เปลี่ยนสภาพ ไปเป็นเซลล์ชนิดอื่น (dedifferentiated cells) คือ เซลล์ร่างกายที่ เปลี่ยนสภาพ ไปเป็นเซลล์เอ็มบริโอที่มีศักยภาพในการเจริญเติบโตและ/หรือสร้างเอ็มบริโอ ขึ้นมาใหม่ได้ชั่วคราว เนื่องจากเซลล์เอ็มบริโอถูกพิจารณาว่าเป็นเซลล์ที่มีศักยภาพในการเจริญเติบโตหรือพัฒนาไปเป็นเอ็มบริโอได้ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด เซลล์ที่เปลี่ยนสภาพไปเป็นเซลล์ชนิดอื่นจึงมักถูกมองว่าเป็นเซลล์ต้นกำเนิดของพืช: "...เราเสนอให้ขยายแนวคิดของเซลล์ต้นกำเนิดให้รวมถึงเซลล์ต้นกำเนิดเอ็มบริโอที่เกิดขึ้นจากเซลล์ร่างกายของพืช เราตรวจสอบความคล้ายคลึงและความแตกต่างทางด้านเซลล์ สรีรวิทยา และโมเลกุลระหว่างเซลล์ต้นกำเนิดเมริสเต็มของพืชและเซลล์ต้นกำเนิดเอ็มบริโอที่เกิดขึ้นโดยตรงจากเซลล์ร่างกายเดี่ยว"

แม้ว่าแคลลัสจะมีคุณสมบัติคล้ายเซลล์ต้นกำเนิดอยู่บ้างในช่วงเวลาสั้นๆ และมีการนำมาเพาะเลี้ยงเพื่อสกัดสารประกอบที่มีประโยชน์จากพืชเพื่อใช้เป็นแหล่งเซลล์ต้นกำเนิดพืชทางเลือก แต่โดยพื้นฐานแล้วแคลลัสและเซลล์ต้นกำเนิดพืชนั้นแตกต่างกัน แคลลัสมีความคล้ายคลึงกับเซลล์ต้นกำเนิดพืชในด้านความสามารถในการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ แต่ทั้งสองชนิดมีต้นกำเนิดที่แตกต่างกัน เซลล์ต้นกำเนิดพืชมีอยู่ในเนื้อเยื่อเจริญของพืช ในขณะที่แคลลัสได้มาจากการตอบสนองชั่วคราวเพื่อรักษาบาดแผลในเซลล์ร่างกาย

นอกจากนี้ แคลลัสยัง undergoes การลดระดับความแตกต่างของเซลล์ เนื่องจากเซลล์ที่แตกต่างกันแล้วจะได้รับความสามารถในการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ชนิดอื่น แต่ความแปรปรวนทางพันธุกรรมเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในกระบวนการนี้ เพราะเซลล์ประกอบด้วยเซลล์ร่างกายที่ยังไม่เปลี่ยนแปลงจากพืชที่โตเต็มวัย แตกต่างจากเซลล์ต้นกำเนิดที่แท้จริง แคลลัสมีความไม่สม่ำเสมอด้วยเหตุนี้ การแบ่งเซลล์ของแคลลัสอย่างต่อเนื่องและคงที่จึงทำได้ยาก ดังนั้น เซลล์ต้นกำเนิดของพืชที่มาจากแคมเบียมจึงเป็นเซลล์อมตะ ในขณะที่เซลล์ต้นกำเนิดจากแคลลัสเป็นเซลล์ที่ลดระดับความแตกต่างชั่วคราว ซึ่งได้มาจากการกระตุ้นเซลล์ร่างกาย

นอกจากนี้ ความสามารถในการแยกแยะและเพิ่มจำนวนยังแตกต่างกัน ซึ่งความแตกต่างระหว่างเซลล์ต้นกำเนิดพืชและแคลลัสเป็นสิ่งที่พบได้ทั่วไปในการเพาะเลี้ยงและการวิจัย เซลล์ต้นกำเนิดพืชที่ฝังอยู่ในเนื้อเยื่อเจริญเท่านั้นที่สามารถแบ่งตัวและให้กำเนิดเซลล์ที่แตกต่างกันไปพร้อมกับการให้กำเนิดเซลล์ต้นกำเนิดใหม่ เซลล์อมตะเหล่านี้แบ่งตัวได้อย่างไม่สิ้นสุด

เซลล์พืชถูกนำมาเพาะเลี้ยงเพื่อสกัดสารประกอบที่มีประโยชน์ต่อพืช อย่างไรก็ตามการเพาะเลี้ยงเซลล์มักถูกขัดขวางด้วยปัจจัยต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากทำการเพาะเลี้ยงในระยะยาว แต่ความแข็งแรงและโครงสร้างที่โดดเด่นของเซลล์ต้นกำเนิดพืชได้เอาชนะข้อเสียต่างๆ ของการเพาะเลี้ยงเซลล์พืชในอดีต ดังนั้น การเพาะเลี้ยงเซลล์ต้นกำเนิดพืชจึงเป็นวิธีการเพาะเลี้ยงเซลล์และการผลิตสารเคมีจากพืชที่เหมาะสมและมีประสิทธิภาพมากที่สุด เนื่องจากสามารถเพาะเลี้ยงเซลล์ได้ในปริมาณมากโดยยังคงรักษาคุณภาพไว้ได้

ยาน้ำหอมสีสารต้านจุลชีพและยาฆ่าแมลงจำนวนมากได้มาจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติของพืช เซลล์ต้นกำเนิดของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันที่เพาะเลี้ยง( CMC ) อาจเป็นแหล่ง ที่มาของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่สำคัญ รวมถึง แพคลิแท็กเซล ใน ราคาที่คุ้มค่า เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และยั่งยืน แตกต่างจากการเพาะปลูกพืช วิธีการนี้ไม่ขึ้นอยู่กับความไม่แน่นอนที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศหรือความไม่มั่นคงทางการเมืองในบางส่วนของโลก นอกจากนี้ CMC จากแหล่งอ้างอิงที่ระบุไว้ ยังอาจเป็นเครื่องมือทางชีวภาพที่สำคัญในการสำรวจการทำงานของเซลล์ต้นกำเนิดของพืชได้อีกด้วย

ในปี 2010 นักวิจัยจากสถาบันเซลล์ต้นกำเนิดพืช (เดิมคือสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอุนฮวา) ได้นำเสนอข้อมูลของพวกเขาสู่โลกผ่านทาง Nature Biotechnology งานวิจัยของพวกเขาแสดงให้เห็นถึงการแยกเซลล์เมริสเต็มแคมเบียมเป็นครั้งแรกของโลก เนื่องจากสารประกอบที่มีคุณค่าและเป็นประโยชน์ต่อสุขภาพของมนุษย์ (เช่น แพคลิแทกเซล) ซึ่งถูกหลั่งออกมาจาก CMC เทคโนโลยีนี้จึงถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านเทคโนโลยีชีวภาพของพืช^{[ 7 ]}

• แคลลัส (ชีววิทยาของเซลล์)
• เซลล์ต้นกำเนิด