Samčí gametofyt mikrosporogeneze mikrogametogeneze SEM - rané stadium vývoje květu Clarkia xanthiana blizna s čnělkou větší prašníky menší prašníky petaly sepaly (odřízlé) s trichomy http://www.botany.org/plantimages Foto: C. J. Runions Cornell University Am. J. Bot. Samčí rozmnožovací orgán = tyčinka soubor tyčinek = androeceum tyčinka se zakládá jako meristematický hrbolek laterálně na vrcholu květního základu • z apexu prašník (anthera) • z baze nitka (filamentum) Am.J.Bot. 2000 American Journal of Botany 87(9): 1228–1239. 2000. DEVELOPMENT OF THE GAMETOPHYTES, FLOWER, AND FLORAL VASCULATURE IN DICHORISANDRA THYRSIFLORA (COMMELINACEAE)1 CHRISTOPHER R. HARDY,2,3,5 DENNIS WM. STEVENSON,2,3 AND HELEN G. KISS4 Stavba prašníku prašný váček (theca) prašný váček (theca) konektiv (spojidlo) prašné pouzdro prašné pouzdro prašné pouzdro prašné pouzdro (loculamentum) otevírání prašných váčků: •podélnou skulinou •chlopněmi •otvorem na vrcholu •směrem ven z květu - extrorzně •dovnitř květu - introrzně •do stran - latrorzně lilie Řez prašníkem lilie – metafáze I. meiotického dělení Stavba stěny prašníku •exothecium = pokožková vrstva s kutikulou stomium, hypostomium •endothecium = subepidermální, vláknitá vrstva •střední vrstva = mezofyl, parenchymatické pletivo •tapetum = výstelka prašného pouzdra •žlaznaté (sekretorické) – častější, vývojově starší •ameboidní = periplazmodium (úplné rozpuštění buněčných stěn, uvolnění protoplastů tapeta do prostoru vývoje mikrospor) Endothecium vrstva tvořená radiálně protaženými, v době zralosti prašníku odumřelými buňkami s vláknitě ztloustlými buněčnými stěnami při vysýchání dochází k napětí a k praskání prašných pouzder, tzv. dehiscenci http://www.plantarium.hu/tag/leces-sejtfalvastagodas/ Funkce tapeta •poskytování nutričních, regulačních a stavebních látek pro vyvíjející se pyl •produkce enzymu kalázy (β-1,3-glukanáza) rozkládá kalózu a uvolňuje mikrospory z tetrád •syntéza prekurzorů exiny •syntéza a vylučování pylového tmelu (depozice na povrchu pylových zrn) •syntéza proteinů (depozice ve vnější vrstvě stěny pylových zrn – exině) Vývoj buněk tapeta dvojí původ: •vnější tapetum (L2) •vnitřní tapetum (L3) fáze vývoje: (synchronizovaný s vývojem mikrospor) • předmitotická fáze - buňky jednojaderné, meristematické • mitotická fáze – mitóza bez cytokineze + endomitóza = 2 polyploidní jádra, zvětšuje se i objem buněk • postmitotická fáze – vesikulární útvary = vysoká syntetická a sekreční aktivita • programovaná buněčná smrt buněk tapeta (v období stádia tetrád) nezralá stěna vakuola Meióza I a II kaláza 1. mitóza jádro veget. buňky jádro generat. buňky odvodnění pylová mat. buňka tetráda volné mikrospory mikrospora nezralé pylové zrno zralé pylové zrno klíčící pylové zrno 2. mitóza migrace jádra apertura dozrávání tvorba mikrospor tvorba gamet kalózová stěna spermat. buňky pylová láčka jádro schéma vývoje dvoubuněčného pylu Mikrosporogeneze vývoj mikrospor ze sporogenních buněk (u rýže) tetrády mikrospor subepidermální buňky meristem. hrbolku primární archespor sporogenní buňky mikrosporocyty pylové mateřské buňky (PMC) mikrospory meióza kaláza Meióza = redukční dělení I. heterotypické dělení segregace homologních chromozómů •profáze •leptoten •zygoten - bivalenty •pachyten •diploten – chiasmata, CO •diakineze •metafáze •anafáze •telofáze interfáze mezi I. A II. dělením je krátká = nedochází k syntéze DNA II. homeotypické dělení = ekvační dochází k segregaci alel průběh je shodný s mitózou Typy tvorby tetrád sukcesivní typ - ihned po I. meiotickém dělení vzniká centrifugálně přehrádka (diáda mikrospor) a po II. meiotickém dělení tetráda (častý u jednoděložných rostlin) simultánní typ - po I. meiotickém dělení přehrádka nevzniká, teprve po skončení II. meiotického dělení začíná centripetálně (od periferie dovnitř) tvorba brázd a následně přepážek (typický u dvouděložných rostlin) Typy tetrád podle uspořádání mikrospor tetraedrická příčná izobilaterální lineární polinárium (Asclepiadaceae, Orchidaceae) Mikrogametogeneze = vývoj samčích gamet mitóza v pylovém zrnu mikrospory pylová zrna dvoubuněčná Liliaceae – lilie Rosaceae Solanaceae - tabák pylová zrna tříbuněčná Brassicaceae - Arabidopsis Asteraceae Poaceae 1 x 2 x 70 % 30 % PG_Euphorbia TEM pylového zrna pryšce (Euphorbia) (Cresti et al. 1992) dvoubuněčný pyl: u 70% studovaných kvetoucích rostlin dělení generativní buňky na 2 buňky spermatické probíhá v pylové láčce Struktura pylového zrna Variabilita pylu Lilium Passiflora Accacia – polyády (8,12,16 nebo 32) Torenia Arabidopsis Edlund et al. 2004 bliznové papily Tetrády pylu Arabidopsis mutant quartet narušení degradace pektinových složek stěny: tetrády zralých životaschopných pylových zrn Arabidopsis mutant tes/stud abnormální tvar apertur přirozené tetrády pylu Drosera binata Edlund et al. 2004 i Ericaceae nebo Juncaceae Arabidopsis thaliana Twell et al. TIPS, 1998 tetráda mikrospor hlavní (polární) osa Celkový tvar pylového zrna podle poměru poledníkové (m) a příčné osy (a) velmi protáhlá m:a = větší než 8:4 protáhlá m:a = 8:4 až 8:6 slabě protáhlá m:a = 8:6 až 8:7 kulovitá m:a = 8:8 slabě zploštělá m:a = 6:8 až 7:8 zploštělá m:a = 4:8 až 6:8 Velikost pylových zrn vzdálenost pólů (polární rozměr) a ekvatoriální rozměr velmi malá menší než 10 mm Myosotis malá 10 – 25 mm Salix střední 25 – 50 mm Cyanus velká 50 – 100 mm Pinus velmi velká 100 – 200 mm Abies obrovská nad 200 mm Cucurbita Morfologická charakteristika pylových zrn podle apertur (Erdtman 1969) NPC systém N – počet (numerus) P – poloha (positio) C – tvar (character) typy apertury – porus (okrouhlé až mírně oválná apertura) - kolpus (oválná až úzce štěrbinovitá apertura) viz skripta Lux et Erdelská (2001) Klasifikace pylových zrn NPC Příklady různých typů pylových zrn 1 – trizonoporátní (bříza) 2 – pentazonoporátní (olše) 3 – trizonokolpátní (javor, tabák) 4 – polypantoporátní (merlík, tykev) 5 – hexapantokolpátní (kuřinka) Sporoderma - stěna pylového zrna •vnitřní vrstva = intina – pektocelulózová (spojení intiny s okolním prostředím = apertury (póry) v exině, kanálky)‏ •vnější vrstva = exina – sporopolenin –endexina (nexina) = hladká lamelární vrstva –ektexina (sexina) = strukturovaná • základní vrstva • bakuly • tektum •pylový tmel – lipidy, proteiny, flavonoidy, aromatické látky Hydratovaná pylová zrna lilie lil_gr2 retikulátní exina Foto: G. Obermeyer Stavba exiny pylového zrna pelyňku (Artemisia) Artemisia_mutellina_cLu_rem_ tektum bakuly základní vrstva sporopolenin ektexina endexina lamelární vrstva The taxa, or type, of pollen can be determined by pollen morphology, or structure. Large data bases of images and diagrams are being built so pollen can be identified by referring to them. Pores, (holes), culpi, (furrows), and the numbers of them are clues to pollen taxa. The exine ( Figure 2 - 1 ) is made of sporopollenin. Sporopollenin is a substance composed of oxidative copolymers of carotoid and carotenoid esters. It is an extremely durable substance and can be found in anaerobic sediments dating back hundreds of millions of years. A pore is shown in the diagram but these may be elongated to a furrow and are called colpi. Příklady typů skulptur (ornamentace) exiny: psilátní granulátní verukátní foveolátní gemátní klavátní bakulátní retikulátní rugulátní fosulátní striátní echinátní Cucurbita pepo L. AQUASEM mnoho apertur – polysyfonické klíčení pylu echinátní exina Nicotiana tabacum L. desikovaný pyl 3 (-4) apertury SEM, vysušeno metodou „critical poit dry“, pozlaceno fenestrátní pylová zrna locika kompasová (Lactuca serriola). kolpátní pylové zrno s povrchem retikulátním brukev řepka olejka (Brassica oleracea) pentazonokolpátní pylové zrno olše zelené (Alnus viridis) Mikrogametogeneze u Lilium IASPRR (http://images.iasprr.org/lily/) Dvoubuněčný pyl Generativní buňky se tvoří zpočátku v kontaktu s intinou (vnitřní vrstva stěny pylu), později se vnoří do cytoplasmy = "a cell within a cell". Generative cells are first formed in contact with the intine (inner pollen wall), but the cells then become immersed in the cytoplasm -- truly becoming "a cell within a cell". Lil-m6.jpg Dvoubuněčný pyl detail generativní buňky v buňce vegetativní Generative cells are first formed in contact with the intine (inner pollen wall), but the cells then become immersed in the cytoplasm -- truly becoming "a cell within a cell". pollen.jpg Tvar generativní buňky často vřetenovitý, buňka je v kontaktu s vegetativním jádrem = "male germ unit." Cytoplazma generativní buňky je hustá = méně vakuol a organel. Dvoubuněčný pyl The generative cell frequently is hooked, but always appears associated with the vegetative nucleus in a "male germ unit." The cytoplasm of the generative cell is dense and so it the generative nucleus, despite the non-motile nature of these cells. Pollen2.jpg Mikrosporogeneze a mikrogametogeneze u tabáku Schéma vývoje prašníků a pylu tabáku Goldberg et al. 1993 Vývoj prašníku Goldberg et al. 1993 Stadia vývoje prašníku tabáku Koltunov et al.1990 otevírání prašníků otevření květu 12 zralá pyl. zrna koruna zpola otevřená 11 spojení prašných pouzder 8 mizí tapetum koruna přes kalich 3 tetrády petaly na úrovni sepalů -1 meioza prašníky pod bliznou -2 intenzivní dělení -6 začátek diferenciace primordia tyčinek -7 Nicotiana tabacum L. SR1 vakuolizované mikrospory stadium 2 vnější tapetum vnitřní tapetum mezofyl endothecium SR1_4a.jpg Vývoj prašníku tabáku -2 2 3 8 Dehiscence prašníku Wilson Z A et al. J. Exp. Bot. 2011;62:1633-1649 Fig. 4. Anther dehiscence. (A, C, E) Transverse sections of the anther; (B, D, F) diagram of the proposed forces on the anther during dehiscence. (A) Microspore release: the tapetum starts to break down, the endothecium expands, and secondary thickening is deposited. (B) As the pollen expands there is an outward pressure (red arrows) exerted from the inside of the locule on the anther which also increases in size; however, the ‘spring-like’ bands of secondary thickening in the endothecium restrict expansion, causing tension to develop. (C) Enzymatic lysis of the stomium combined with the pressure from the expansion of the pollen causes the septum to break to form a single locule. (D) At this point the anther walls begin to dehydrate due to evaporation and active water transport (blue arrows), causing shrinkage of the epidermal cells, resulting in an increased tension on the stomium region (green arrows). (E) As this pressure increases, the stomium splits and the anther walls retract (F). St, stomium; S, septum. Klíčení pylových zrn •Kumari et al. (2009) In Vitro Pollen Germination, Pollen Tube Growth and Pollen Viability in Trichosanthes dioica Roxb. (Cucurbitaceae) The Int. J. of Plant Repro. Bio. 1, 147-151. •