Развитие нескольких зародышевых мешков в семязачатке Paeonia anomala (Paeoniaceae)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В статье представлены результаты исследования развития семязачатка и женского гаметофита у Paeonia anomala. Подтверждена возможность образования нескольких зародышевых мешков в одном семязачатке за счет развития нескольких мегаспороцитов многоклеточного спорогенного комплекса и вступления их в мейоз. Установлено, что в семязачатке в мейоз могут вступать от 1 до 4 мегаспороцитов, у которых формируется каллозная оболочка. Наиболее часто образуются 2–3 тетрады мегаспор, хотя дальнейшее развитие происходит обычно в одной тетраде; остальные могут сохраняться в интактном состоянии до позднего 4-ядерного зародышевого мешка. Обсуждены возможные причины развития единственного зародышевого мешка: конкуренция между тетрадами, нарушения в мейозе, механизмы, регулирующие судьбу клеток и программу их развития. Выявлены некоторые морфогенетические корреляции в развитии зародышевого мешка и окружающих структур семязачатка. В частности, показано, что развитие двух зародышевых мешков на поздней 4-ядерной стадии приводит к частичной или полной деструкции нуцеллярного колпачка, тогда как при развитии одного гаметофита он долго сохраняется. Отмечена динамика крахмала в тканях нуцеллуса в период развития гаметофита: его накопление сперва в клетках базальной части, где происходит формирование тетрад и 2-ядерного зародышевого мешка, а затем наибольшая концентрация в латеральных частях париетальной ткани, окружающих растущий гаметофит.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. А. Сапунова

Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН

Email: vinogradova-galina@binran.ru
Россия, ул. Проф. Попова, 2, Санкт-Петербург, 197022

Г. Ю. Виноградова

Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vinogradova-galina@binran.ru
Россия, ул. Проф. Попова, 2, Санкт-Петербург, 197022

Список литературы

  1. [Batygina] Батыгина Т.Б. 1993. Эмбриоидогения – новая категория способов размножения цветковых растений. – Тр. Бот. ин-та им. В.Л. Комарова. 8: 15–25.
  2. [Batygina] Батыгина Т.Б. 1999. Генетическая гетерогенность семян: эмбриологические аспекты. – Физиология растений. 46(3): 438–454.
  3. Batygina T.B. 2002. Ovule and seed viewed from reliability of biological systems. – In: Embryology of flowering plants. Terminology and concepts. Vol. 1. Generative organs of flower. Enfield (NH, USA). P. 214–217.
  4. Carman J.G. 1997. Asynchronous expression of duplicate genes in angiosperms may cause apomixis, bispory, tetraspory and polyembryony. – Biol. J. Linn. Soc. 61: 51–94.
  5. Carman J.G., Jamison M., Elliott E., Dwivedi K.K., Naumova T.N. 2011. Apospory appears to accelerate onset of meiosis and sexual embryo sac formation in sorghum ovules. – BMC Plant Biology. 11: 9. http://www.biomedcentral.com/1471-2229/11/9
  6. Chen L.Z., Kozono T. 1994. Cytology and quantitative analysis of aposporous embryo sac development in guineagrass (Panicum maximum Jacq.). – Cytologia. 59: 259–260.
  7. D’Amato F. 1946. Nuove ricerche embriologiche e cariologiche sul genere Euphorbia. – Nuovo Giorn. Bot. Ital. 53: 405–436.
  8. Demesa-Arévalo E., Vielle-Calzada J.-P. 2013. The classical arabinogalactan protein AGP18 mediates megaspore selection in Arabidopsis. – Plant Cell. 25(4): 1274–1287. https://doi.org/10.1105/tpc.112.106237
  9. Dobeš C., Lückl A., Kausche L., Scheffknecht S., Prohaska D., Sykora C., Paule J. 2015. Parallel origins of apomixis in two diverged evolutionary lineages in tribe Potentilleae (Rosaceae). – Bot. J. Linn. Soc. 177(2): 214–229. https://doi.org/10.1111/boj.12239
  10. Eriksen B., Fredrikson M. 2000. Megagametophyte development in Potentilla nivea (Rosaceae) from Northern Swedish Lapland. – Amer. J. Bot. 87(5): 642–651.
  11. Flores E.M., Moseley M.F. 1982. The anatomy of the pistillate inflorescence and flower of Casuarina verticillata Lamarck (Casuarinaceae) – Amer. J. Bot. 69(10): 1673–1684. https://doi.org/10.2307/2442922
  12. [Kaybeleva, Yudakova] Кайбелева Э.И., Юдакова О.И. 2022. Апомиксис у злаков флоры Саратовской области. – Бот. журн. 107(8): 766–780. https://doi.org/10.31857/S0006813622080087
  13. [Kordyum] Кордюм Е.А. 1967. Цитоэмбриология семейства зонтичных. Киев. 176 с.
  14. Leszczuk A., Domaciuk M., Szczuka E. 2018. Unique features of the female gametophyte development of strawberry Fragaria × ananassa Duch. – Scientia Horticulturae. 234: 201–209. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.02.030
  15. [Mandrik, Mentkovskaya] Мандрик В.Ю., Ментковская Е.А. 1977. Цитоэмбриологическое исследование некоторых популяций Potentilla erecta (L.) Hampe (Rosaceae) в Украинских Карпатах (Микроспорогенез. Дифференциация семяпочки и развитие женского гаметофита). – Бот. журн. 62(7): 1062–1073.
  16. Modilewski J. 1909. Zur Embryobildung von Euphorbia procera. – Ber. Deutsch. Bot. Ges. 27(1): 21–26.
  17. Modilewski J. 1911. Über die anomale Embryosack-entwicklung bei Euphorbia palustris L. und anderen Euphorbiaceen. – Ber. Deutsch. Bot. Ges. 29(7): 430–436.
  18. Müntzing A. 1938. Note on heteroploid twin plants from eleven genera. – Hereditas. 24(4): 487–491. https://doi.org/10.1111/j.1601-5223.1938.tb03222.x
  19. Musiał K., Kościńska-Pająk M., Antolec R., Joachimiak A.J. 2015. Deposition of callose in young ovules of two Taraxacum species varying in the mode of reproduction. – Protoplasma. 252(1): 135–144. https://doi.org/10.1007/s00709-014-0654-8
  20. Noher de Halac I., Harte C. 1977. Different patterns of callose wall formation during megasporogenesis in two species of Oenothera (Onagraceae). – Pl. Syst. Evol. 127: 23–38. https://doi.org/10.1007/BF00988016
  21. Noher de Halac I., Harte C. 1985. Cell differentiation during megasporogenesis and megagametogenesis. – Phytomorphology. 35(3-4): 189–200.
  22. Öztürk R., Ünal M. 2003. Cytoembryological studies on Paeonia peregrina L. – J. Cell and Mol. Biol. 2: 85–89.
  23. [Pausheva] Паушева З.П. 1980. Практикум по цитологии растений. М. 255 с.
  24. Piršelová B., Matušíková I. 2013. Callose: the plant cell wall polysaccharide with multiple biological functions. – Acta Physiol. Plant. 35: 635–644. https://doi.org/10.1007/s11738-012-1103-y
  25. Qiu Y.L., Liu R.S., Xie C.T., Russell S.D., Tian H.Q. 2008. Calcium changes during megasporogenesis and megaspore degeneration in lettuce (Lactuca sativa L.). – Sex. Plant Reprod. 21: 197–204. https://doi.org/10.1007/s00497-008-0079-7
  26. Renner O. 1921. Heterogamie im weiblichen Geschlecht und Embryosackentwicklung bei Oenotheren. – Zeitschr. Bet. 13: 609–621.
  27. Rodkiewicz B. 1970. Callose in cell walls during megasporogenesis in angiosperms. – Planta. 93: 39–47.
  28. Rodkiewicz B., Bednara J. 2002. Megasporogenesis. – In: Embryology of flowering plants. Terminology and concepts. Vol. 1. Generative organs of flower. Enfield (NH, USA). P. 114–115.
  29. Rodkiewicz B., Bednara J., Pora H. 1971. Alternative localization of the active megaspore in tetrads in Oenothera muricata. – Bull. Acad. Polon. Sci. Ser. Sci. biol. 19(10): 691– 694.
  30. Rojek J., Kapusta M., Kozieradzka-Kiszkurno M., Majcher D., Gorniak M., Sliwinska E., Sharbel T.F., Bohdanowicz J. 2018. Establishing the cell biology of apomictic reproduction in diploid Boechera stricta (Brassicaceae). – Ann. Bot. 122(4): 513–539. https://doi.org/10.1093/aob/mcy114
  31. Schnarf K. 1929. Embryologie der Angiospermen. Berlin. 690 p.
  32. [Shamrov] Шамров И.И. 1997. Развитие семязачатка и семени у Paeonia lactiflora (Paeoniaceae). – Бот. журн. 82(6): 24–46.
  33. [Shamrov] Шамров И.И. 2005. Транспорт метаболитов и возможные причины образования аберрантных семязачатков. – Бот. журн. 90(11): 1651–1675.
  34. [Shamrov] Шамров И.И. 2008. Семязачаток цветковых растений: структура, функции, происхождение. М. 350 с.
  35. [Shishkinskaya et al.] Шишкинская Н.А., Юдакова О.И., Тырнов В.С. 2004. Популяционная эмбриология и апомиксис у злаков. Саратов. 145 с.
  36. Śnieżko R., Harte C. 1984. Polarity and competition between megaspores in the ovule of Oenothera hybrids. – Pl. Syst. Evol. 144: 83–97.
  37. https://doi.org/10.1007/BF00986667
  38. Sogo A., Noguchi J., Jaffré T., Tobe H. 2004. Pollen-tube growth pattern and chalazogamy in Casuarina equisetifolia (Casuarinaceae) – J. Plant Res. 117(1): 37–46. https://doi.org/10.1007/s10265-003-0129-z
  39. Swamy B.G.L. 1948. A contribution to the life history of Casuarina. – Proc. Amer. Acad. Arts and Sci. 77(1): 3–32.
  40. [Titova et al.] Титова Г.Е., Яковлева О.В., Жинкина Н.А., Гельтман Д.В. 2018. Развитие семени у некоторых видов секций Helioscopia и Esula подрода Esula рода Euphorbia (Euphorbiaceae). – Бот. журн. 103(11): 1355–1389. https://doi.org/10.7868/S0006813618110017
  41. [Titova, Nyukalova] Титова Г.Е., Нюкалова М.А. 2021. Развитие зародышевого мешка у Euphorbia myrsinites и E. komaroviana (Euphorbiaceae). – Бот. журн. 106(5): 438–459. https://doi.org/10.31857/S0006813621050057
  42. Treub M. 1891. Sur les Casuarinees et leur place dans le systeme naturel. – Annales du Jardin Botanique de Buitzenzorg. 10: 145–219.
  43. [Vinogradova] Виноградова Г.Ю. 2013. Полиэмбриония у Allium schoenoprasum (Alliaceae). Происхождение зародышей. – Бот. журн. 98(8): 957–973. https://doi.org/10.1134/S1234567813080028
  44. [Vinogradova] Виноградова Г.Ю. 2017. Морфогенез женских репродуктивных структур у видов Euphorbia (Euphorbiaceae), различающихся по типу развития зародышевого мешка. – Бот. журн. 102(8): 1060–1093.
  45. [Vinogradova G.Yu., Zhinkina N.A.] 2021. Why does only one embryo sac develop in the Paeonia ovule with multiple archesporium? – Plant Biology. 23(2): 267–274. https://doi.org/10.1111/plb.13206
  46. [Voronova, Gavrilova] Воронова О.Н., Гаврилова В.А. 2007. Апоспория у подсолнечника Helianthus annuus (Asteraceae). – Бот. журн. 92(10): 1535–1544.
  47. Walters J.L. 1962. Megasporogenesis and gametophyte selection in Paeonia californica. – Amer. Jour. Bot. 49(7): 787–794. https://doi.org/10.2307/2439173
  48. [Yakovlev, Ioffe] Яковлев М.С., Иоффе М.Д. 1957. Особенности эмбриогенеза рода Paeonia L. – Бот. журн. 42(10): 1491–1502.
  49. [Yakovlev, Ioffe] Яковлев М.С., Иоффе М.Д. 1960. Мегаспорогенез у Paeonia anomala L. – В сб.: Вопросы эволюции, биогеографии, генетики и селекции. Сборник, посвященный 70-летию со дня рождения академика Н.И. Вавилова. М.–Л. С. 320–325.
  50. [Yakovlev, Ioffe] Яковлев М.С., Иоффе М.Д. 1965. Эмбриология некоторых представителей рода Paeonia L. – В кн.: Морфология цветка и репродуктивный процесс у покрытосеменных растений. М.–Л. С. 140–176.
  51. [Yudakova, Kaybeleva] Юдакова О.И., Кайбелева Э.И. 2014. Апоспория у представителей рода Koeleria Pers. – Бюлл. Бот. сада Саратовского гос. ун-та. 14: 154–161.
  52. [Zhgenti] Жгенти Л.П. 1974. Цито-эмбриология некоторых кавказских видов рода Paeonia: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Тбилиси. 41 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Развитие семязачатка Paeonia anomala: 1 – примордий семязачатка на стадии инициации интегументов и спорогенных клеток; 2–7 – строение семязачатка на стадиях: митотического деления спорогенных клеток и увеличения их числа (2), мегаспороцитов (3), тетрад мегаспор (4), 2-ядерного зародышевого мешка (5), 4-ядерного зародышевого мешка (6) и зародышевого мешка в процессе созревания (7); 8 – сформированный семязачаток с дегенерирующим зародышевым мешком на 4-ядерной стадии. e s – зародышевый мешок, h – гипостаза, i i – внутренний интегумент, m – микропиле, mc – мегаспороцит, n c – нуцеллярный колпачок, o i – наружный интегумент, p o – плацентарный обтуратор, p t – париетальная ткань, s c – спорогенные клетки, t – тетрада мегаспор, v b – проводящий пучок. Шкала: 1–4 – 50 мкм, 5–8 – 100 мкм.

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Развитие многоклеточного спорогенного комплекса и мегаспорогенез в семязачатке Paeonia anomala: 1 – дифференциация спорогенных клеток; 2 – профаза митотического деления в спорогенных клетках, приводящего к увеличению их числа; 3 – спорогенный комплекс из нескольких мегаспороцитов, расположенных в 2 слоя в центральной части нуцеллуса; 4–8 – формирование одной или нескольких тетрад мегаспор и диад, в клетках которой ядра находятся в состоянии мейоза II (5 – развитие функциональной халазальной мегаспоры; 7, 8 – визуализация тетрад мегаспор при окраске каллозы анилиновым синим и флуоресцентной микроскопии); 9 – локализация крахмала в клетках семязачатка, преимущественно в базальной части нуцеллуса вблизи тетрады мегаспор и в меньшем количестве в клетках париетальной ткани; d – диада клеток, сформированных после мейоза I, f m – функциональная мегаспора, i i – внутренний интегумент, mc – мегаспороцит, n c – нуцеллярный колпачок, o i – наружный интегумент, p t – париетальная ткань, s c – спорогенные клетки, s g – зерна крахмала, t – тетрада мегаспор. Шкала: 1–9 – 20 мкм.

Скачать (901KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Развитие зародышевых мешков в семязачатке Paeonia anomala: 1 – образование 2-ядерного зародышевого мешка из функциональной мегаспоры одной из тетрад, две другие тетрады в семязачатке не развиваются дальше (1а – тетрада мегаспор в том же семязачатке, что и на 1, но на следующем срезе); 2 – 2-ядерный зародышевый мешок, растущий по клеткам париетальной ткани в микропилярном направлении; 3 – 4-ядерный зародышевый мешок, растущий по клеткам париетальной ткани в микропилярном направлении; 4 – 4-ядерный зародышевый мешок; 5 – два 4-ядерных зародышевых мешка в одном семязачатке; 6 – зародышевый мешок в процессе созревания его элементов (6а – яйцеклетка, расположенная на следующем срезе). a – антиподы, e c – яйцеклетка, e s – зародышевый мешок, n c – нуцеллярный колпачок, p t – париетальная ткань, t – тетрада мегаспор. Шкала: 1–6 – 50 мкм.

Скачать (992KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025