Lịch sử nghiên cứu
Năm 1759, Wolff quan sát các mô và lá mới mọc ra từ ngọn. Đầu thế kỷ 19, các tế bào ngọn được Negeli nhận diện trong các cây có mạch không có hạt, và hiểu
biết này được mở rộng cho cây có hạt qua thuyết tế bào ngọn. Sau đó, thuyết tế bào ngọn được thay thế bởi thuyết vùng sinh mô của Hanstein (1868, 1870) cho cây hạt kín. Hanstein mô tả mô phân sinh ngọn chồi gồm ba lớp: tầng sinh bì (dermatogen), tầng sinh vỏ (periblem) và lõi mô phân sinh ngọn (plerome). Một cách tuần tự, các lớp này sẽ cho ra biểu bì, vỏ và trụ trung tâm [42], [118].
Năm 1924, khái niệm vỏ (tunica) và thể (corpus) của Schmidt dựa trên sự định hướng phân chia tế bào trong các lớp khác nhau của mô phân sinh ngọn ở cây hạt kín trở nên rất phổ biến. Theo Schmidt, các tế bào trong vỏ phân chia thẳng góc với bề mặt của mô phân sinh ngọn trong khi các tế bào vùng thể phân chia theo mọi hướng. Số lượng các lớp tế bào vùng vỏ thay đổi từ một đến năm, nhưng thường là hai [42], [46], [118].
Vào những năm 1950, quan điểm “mô phân sinh chờ” (méristème d’attente) xuất hiện ở Pháp. Theo quan điểm này, mô phân sinh ngọn bao gồm ba vùng: vùng trung tâm hay vùng “mô phân sinh chờ”, vùng ngoại vi hay vòng khởi sinh (anneau initial) và vùng lõi (méristème médullaire). Các tế bào vùng trung tâm không hoạt động trong giai đoạn tăng trưởng dinh dưỡng nhưng sự hoạt động trở nên mạnh mẽ vào giai đoạn ra hoa (cho ra các bộ phận của hoa) [118].
Khái niệm mô phân sinh động (dynamic meristem) được Ball đề nghị vào năm 1960, dựa trên các ảnh chụp sự tăng trưởng của mô phân sinh ngọn chồi theo thời gian, và được phát triển bởi Wardlaw (1968) khi nghiên cứu sự phát sinh hình thái từ mô phân sinh ngọn chồi cô lập. Mô phân sinh ngọn chồi không ngừng hoạt động và sẽ tái tạo ngay một mô phân sinh ngọn mới hoàn chỉnh để sản sinh ra lá mới. Vùng trung tâm mới chính là “vòng khởi sinh” thật sự; vùng ngoại vi là nơi sinh ra các sơ khởi lá từ lớp dưới biểu bì (tunica 2), và chỉ là vùng chuyển tiếp của các tế bào được sinh ra từ vùng trung tâm [46], [118], [137].
Sự phát triển chồi từ mô phân sinh ngọn chồi
Mô phân sinh ngọn chồi ở cây hạt kín thường có đường kính khoảng 100-200m, với các tế bào đang phân chia, chưa biệt hóa cao về mặt hình thái, nhưng có khả năng
phát sinh hình thái. Trong thiên nhiên, sự phát sinh cơ quan có nguồn gốc từ các mô phân sinh ngọn. Mô phân sinh ngọn chồi (shoot apical meristem, SAM) là nguồn tế bào cho sự hình thành cơ quan chồi trong suốt quá trình phát triển hậu phôi [46], [48].
Đặc điểm quan trọng của mô phân sinh ngọn chồi là sự phân lớp hay vùng. Ở bắp, mô phân sinh ngọn chồi có hai lớp: L1 là vỏ (lớp ngoại vi), L2 là thể (bên trong lớp ngoại vi). Ở cà chua hay Arabidopsis, mô phân sinh ngọn chồi có ba lớp: L1 và L2 tạo nên vỏ, L3 là thể. Mô phân sinh ngọn chồi hiện nay cũng thường được phân chia thành ba vùng: vùng trung tâm (central zone, CZ), vùng ngoại vi (peripheral zone, PZ) và vùng mô phân sinh lõi (rib zone, RZ) (hình 1.2) [17], [32], [100], [102]. Vùng trung tâm gồm các tế bào chưa biệt hóa ở ngoại biên, một nhóm nhỏ tế bào gốc (stem cell) tập trung ở đỉnh (tối đa 10 tế bào) và một trung tâm tổ chức với các tế bào có khả năng biểu hiện gene WUSCHEL [56], [102].
Hình 1.2. Sự phân vùng chức năng của mô phân sinh ngọn chồi với các lớp (L1, L2, L3) và vùng (CZ, vùng trung tâm; PZ, vùng ngoại vi và RZ, vùng lõi) [32].
Mô phân sinh ngọn có vai trò quan trọng trong sự hình thành cơ quan và duy trì chính nó. Việc duy trì tính toàn vẹn của mô phân sinh ngọn đòi hỏi sự phối hợp chính xác sự phân chia, tăng rộng và biệt hóa của tế bào [41], [102], [108].
Ngày nay, bằng cách thực hiện các nghiên cứu vi phẫu và áp dụng các kỹ thuật di truyền phân tử, cấu trúc và vai trò của mô phân sinh ngọn chồi ngày càng được
hiểu nhiều hơn [32], [46], [56], [100]. Nếu như trước kia người ta cho rằng có sự tồn tại của vùng “mô phân sinh chờ” thì ngày nay, người ta nhận thấy vùng trung tâm, đặc trưng bởi một hoạt động phân chia chậm hơn so với vùng ngoại vi, được cấu tạo bởi các tế bào gốc (stem cell) có khả năng tự làm mới, là một nguồn tế bào cho vùng ngoại vi và vùng mô phân sinh lõi [78], [134].
Ở Arabidopsis, L1 cho ra biểu bì của chồi, lá và hoa, L2 sản xuất các mô nền và các tế bào mầm (germ cells) và L3 cho ra các mô mạch của thân và hầu hết các mô bên trong của lá và hoa. Tuy nhiên, sự tăng trưởng của mỗi lớp rất linh động [32], [72]. Các nghiên cứu vi phẫu thuật dùng tia laser để cắt chính xác một vùng hay lớp tế bào của mô phân sinh ngọn chồi hay xử lý các hóa chất lên mô phân sinh ngọn chồi cây cà chua kết hợp với sự quan sát dưới kính hiển vi điện tử quét, các phân tích mô học và kỹ thuật lai in-situ đã cho thấy vai trò cũng như mối liên hệ giữa các vùng và lớp trong mô phân sinh ngọn chồi [101], [102].
Khi cắt một đường dọc qua mô phân sinh ngọn chồi, các sơ khởi lá tiếp tục phát triển đồng thời với sự thành lập hai mô phân sinh ngọn chồi mới. Sự cắt bỏ vùng trung tâm không ảnh hưởng đến sự hình thành cơ quan nhưng dẫn đến sự hình thành trung tâm mô phân sinh mới từ các tế bào ở vùng ngoại vi. Sự cắt bỏ vùng ngoại vi không ảnh hưởng đến chức năng của vùng trung tâm. Tuy nhiên, trong sự cắt vùng ngoại vi, tùy vào vị trí cắt có thể ảnh hưởng đến vị trí hình thành của các sơ khởi lá. Ngược với sự hình thành một trung tâm mô phân sinh mới sau khi vùng trung tâm bị cắt bỏ, lớp L1 không thể tái sinh nếu bị cắt bỏ hoàn toàn. Sự cắt bỏ lớp L1 tại vùng trung tâm có ảnh hưởng đến sự phân chia và biệt hóa tế bào của lớp L2 và L3. Sự thay thế lớp L1 từ các tế bào của lớp L2 chỉ có thể được thực hiện khi có sự hiện diện của các tế bào còn lại của lớp L1; nếu không có thông tin nào từ các tế bào lớp L1, sự tạo mới các tế bào lớp L1 không thể được thực hiện từ các tế bào lớp L2 [103], [104].