Samičí gametofyt Gynaeceum Typy placentace, stavba vajíčka Megasporogeneze (vývoj megaspor) Megagametogeneze (vývoj zárodečného vaku) Vývoj pestíku •Pestík krytosemenných rostlin – gyneceum • •tvořen souborem plodolistů •zaujímá vnitřní pozici ve spirálovém nebo kruhovém uspořádání květu •začátek vývoje plodolistů: specifická primordia ve střední části květního meristému Základní typy gyneceí a placentace (Tachtadžan 1945) D:\Dokumenty\Obrázky\Embrya\Embrya\Gynecea2.jpg Gynaeceum Placentace I, II apokarpní pivoňka, pryskyřník magnolie povrchově boková nástěnná pl. parietalis laminaris povrchově středová pl. parietalis marginalis III synkarpní tulipán, lilie V lysikarpní hvozdík, primula komisurální úhlová pl. commisuralis axilaris nástěnná pl. parietalis středová pl.centralis IV parakarpní IV Příčný řez semeníkem lilie 3 plodolisty axilární placentace Vajíčka E:\Johri\ovule2.jpg E:\Johri\ovule4.jpg Johri 1984 Pierre Jean Francois Turpin 1755 - 1840 •1806 - francouzský botanik popsal a definoval jako první pojmy: –mikropyle –hilum •význam těchto struktur, pozorovaných na vajíčku a na semeni rostlin, chápe jako otvory v obalu, kterým se k vajíčku dostává oplodňující tekutina a jež umožňuje přístup živin k vyvíjejícímu se semeni (Mémoire sur l'organe par lequel le fluide fékondat peut s'entroduire dans l'ovule des végetaux. Ann. Hist. Nat. Paris, 7, 1806)‏ Eduard Strassburger (1844 - 1912)‏ •prof. botaniky •Univerzita v Jeně strassburger 1877 podal popis procesu dělení a diferenciace buněk uvnitř zárodečného vaku Über Befruchtung und Zelltheilung, Jena 1877 jeho terminologie se užívá pro tyto buňky dodnes Anatropní vajíčko schéma F:\vyuka_obr\anatomie\ovule.gif C:\Dokumenty\Obrázky\web_17.6\ovule-small.gif vajíčko Arabidopsis Základní typy vajíček Goebel 1933 ortotropní (atropní) anatropní přímé obrácené příčné hemitropní kampylotropní amfitropní Vztahy mezi typy vajíček Savčenko 1973 1 4 2 6 5 a b 3 c e d f hypertropní a orto-kampylotropní b ana-kampylotropní c orto-amfitropní d ana-amfitropní e orto-circinotropní f ana-circinotropní Megasporogeneze = tvorba makrospor samičí archespor megasporocyt tetráda haploidních megaspor meióza Příčný řez semeníkem lilie detail megasporocytu Megasporocyt = mateřská buňka megaspor C:\Dokumenty\Obrázky\Ovules_megaspore_mother_cll.jpg vnější integument vnitřní integument nucelus megasporocyt Megagametogeneze = tvorba zárodečného vaku tetráda haploidních megaspor fungující megaspora (megaspory) mladý zárodečný vak zralý zárodečný vak = samičí gametofyt monosporický, bisporický, tetrasporický mitotická dělení diferenciace buněk Vývoj vajíčka Beschorneria Savčenko a Komar 1965 Beschorneria je rod sukulentních rostlin z čeledi Asparagaceae, původem z Mexika Meióza meiosis diáda tetráda 1. dělení 2. dělení Přehled typů zárodečných vaků Erdelská 1981(podle Maheshwari 1951) monosporické bisporické tetrasporické Polygonum Oenothera Allium Podostemon Adoxa Fritillaria Plumbagella Drusa Penea Peperomia Plumbago Bioassays 28:1067–1071, 2006 Zárodečný vak typu Polygonum fungující megaspora mladý zárodečný vak zralý zárodečný vak SA – zdroj auxinu monosporický monopolární z.v. monosporický bipolární z.v. tetrasporický tetrapolární z.v. Sundaresan et Alandete-Saez 2010 Modulární hypotéza vývoje zárodečného vaku kombinovaná s modelem gradientu auxinu Fig. 4. The modular hypothesis for embryo sac evolution can be combined with the auxin gradient patterning model. (A)After asymmetric meiosis in a basal angiosperm (Nuphar polysepalum), a functional megaspore undergoes two sequential mitotic divisions that generate the modular four-nucleate (red box) female gametophyte. The auxin source (SA) at the micropylar end determines which nuclei will become the synergid cells (SC), the egg cell (EC) or the central cell (CC). Both the EC and the CC are haploid (n). (B)In the Polygonum-type embryo sac (Arabidopsis, maize), the functional megaspore undergoes three sequential mitotic divisions that generate the seven-celled/ eight-nucleate female gametophyte. The first mitotic division is hypothesized to result in a duplication of the four- nucleate module observed in basal angiosperms (red and gray boxes). The proximity to the sporophytic auxin source induces a functional module (red box) at the micropylar end with cell fates similar to the basal angiosperm module (i.e. SCs, EC and CC), whereas the other module (gray box) contributes a nucleus to the CC, which becomes diploid (2n), and the other three nuclei will specify antipodal cells (ACs). (C)In the Penaea-type embryo sac (Euphorbia procera), after meiosis, all four spores undergo two sequential mitotic divisions, which terminate with four modules (N1-N4; yellow, blue, red and green boxes) within one embryo sac (nuclei depicted in the same color are identical). The auxin source at the micropylar end determines which module will form the egg cell (n) and the synergid cells. All modules contribute one nucleus to the tetraploid CC. Ch, chalaza; Mi, micropyle. Vývoj vajíčka a zárodečného vaku u Arabidopsis Grossnilaus a Schneitz 1998 Hejátko et al. 2003 vývojová stádia https://www.biochem.wisc.edu/faculty/bednarek/lab/ovsections.aspx Vývoj vajíčka Arabidopsis Schneitz et al. TIPS 1998 a, d = primordia vajíček před diferenciací megasporocytu b, e = stadium tetrády a základů integumentů c – vajíčko s pylovou láčkou na funikulu Vývoj vajíčka a zárodečného vaku u Arabidopsis chalazální fungující megaspora Sundaresan et Alandete-Saez 2010 Fig. 2. Schematic of female gametophyte development, based on the model plant Arabidopsis. (A)The megaspore mother cell (MMC) is surrounded by epidermal cells of the nucellus (Nu) prior to undergoing meiosis to generate four spores. At this stage, the formation of the outer (OIn) and inner (IIn) integuments has just initiated. (B)Diagram of MMC asymmetric meiosis that generates four spores (tetrad). Three of these undergo programmed cell death. The proximal (chalazal) megaspore becomes the functional megaspore (FM). (C)FG1 stage. The FM is teardropshaped and undergoes the first mitotic division. (D)FG2 stage. The female gametophyte comprises two nuclei. The nucellus (Nu) is enclosed by the OIn, but not the IIn integuments. (E)Stages FG3 to FG7. The female gametophyte comprises two nuclei, separated by a large vacuole (V), that undergo second and third mitotic divisions to generate the eight-nucleate mature embryo sac at the FG5 stage. Subsequent cellularization (FG6 stage) results in the formation of seven cells: two synergid cells (SC); one egg cell (EC); one central cell (CC) carrying two polar nuclei (PN); and three antipodal cells (AC). By FG7, the two polar nuclei have fused to form the central cell nucleus (CCN), and the antipodal cells degenerate. CN, chalazal nucleus; CV, central vacuole; DM, degenerating megaspores; Fu, funiculus; IIn, inner integuments; MMC, megaspore mother cell; MN, micropylar nucleus; Nu, nucellus; OIn, outer integuments. Vývoj vajíčka a zárodečného vaku u Arabidopsis a gradient auxinu Sundaresan et Alandete-Saez 2010 Fig. 3. Cell specification within the Arabidopsis female gametophyte by auxin. (A)Schematic of the different stages of female gametophyte development from the one-nucleate FG1 stage (left) to the eight-nucleate FG5 stage (right), showing the position of nuclei relative to the auxin gradient (red) during embryo sac development. The auxin source (IAA) is located in the sporophytic tissue at FG1 and FG2. The micropylar end of the female gametophyte becomes the auxin source from FG3 until FG5. (B)Model for cell-fate specification upon cellularization by an auxin gradient (red line) in the syncytial embryo sac. Synergid cells (SC) are formed from nuclei exposed to the highest auxin, the egg cell (EC) from a nucleus in position of high auxin, the central cell (CC) from a nucleus in intermediate to low auxin and antipodal cells (AC) are derived from nuclei exposed to no or very low auxin. (C)Sketch of the female gametophyte after cellularization (FG6 stage) showing the two synergid cells (purple), the egg cell (blue), the central cell (green) and the antipodal cells (pink). CV, central vacuole; PN, polar nuclei. (D)FG1 stage. Diagram showing the initial specification of the micropylar auxin source through PIN-FORMED 1 (PIN1)-dependent auxin efflux in the sporophytic nucellus. PIN1 (green) molecules transport auxin (red arrows) towards the nucellus, leading to the formation of an auxin maximum (red circle) that is transported inside the female gametophyte at FG2. FM, functional megaspore; Fu, funiculus; IIn, inner integuments; Nu, nucellus; OIn, outer integuments. Vývoj vajíčka a zárodečného vaku u Arabidopsis megasporocyt před meiozou https://www.biochem.wisc.edu/faculty/bednarek/lab/ovsections.aspx vajíčko po meióze c = chaláza, o, i = integumenty n = nucelus A young ovule with a megaspore mother A growing ovule just after generation of the female cell prior to meiosis. The funiculus is at gametophyte via meiosis. The outer (O) and the lower left. Just beyond it are the inner (I) integuments are growing up from the two integument primordia, and beyond chalaza (C) and will soon surround the nucellus (N) those is the nucellus, which holds the large megaspore mother cell. Vývoj vajíčka a zárodečného vaku u Arabidopsis https://www.biochem.wisc.edu/faculty/bednarek/lab/ovsections.aspx FG3 FG4 A stage FG3 embryo sac. The growth of An ovule with a stage FG4 embryo sac. Two the central vacuole has pushed the two syncytial nuclei are visible adjacent to each nuclei to opposite ends of the syncytium. other in the plane of sectioning, indicating that the second round of mitosis has occurred. Regulace vývoje vajíčka Arabidopsis C:\Dokumenty\Obrázky\web_17.6\model.gif Info: Baker et al. 1997, Skinner et al. 2004, novější: Cucinotta et al. 2014 Variabilita utváření antipod 1 4 2 3 5 6 1 Delphinium 2 Sedum 3 Butomopsis 4 Gentiana 5 Ligularia 6 Spargania 7 Trautweteria 8 Chrysocoma 9 Anthemis 10 Bidens 7 8 9 10 Megasporogeneze ve vajíčku lilie http://images.iasprr.org/lily/female.shtml https://faculty.unlv.edu/schulte/Anatomy/Repro/Repro.html Rané stadium vývoje semeníku lilie meristematické základy vajíček https://faculty.unlv.edu/schulte/Anatomy/Repro/Repro.html Lilium ovary at early stage of development Raná profáze I v megasporocytu C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\ovules.jpg C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\lil-f1.jpg IASPRR Paralelní proužky v cytoplazmě je ER. Jadérko je zpočátku výrazné a centrálně lokalizované. Early prophase I in the megasporocyte. The parallel stripes in the cytoplasm are layers of endoplasmic reticulum. Initially, the nucleolus is prominent and centrally located. Ovules, lil-f1.jpg Telofáze I. v megasporocytu Jaderný obal se u jednoděložných rostlin rychle znovu formuje. Fragmoplast mezi jádry diád zmizí bez tvorby buněčné stěny. C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\lil-f3a.jpg C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\lil-f3.jpg IASPRR The nuclear envelopes frequently reform in monocots. The phragmoplast located between the dyad nuclei will disperse without forming a cell wall. lil-f3a, lil-f3 Metafáze II. Dělení diád Dělící vřeténka kolmá na předchozí směr. C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\lil-f4a.jpg C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\lil-f4.jpg IASPRR The two dyad nuclei form a transverse spindle during the second half of meiosis. lil-f4a, lil-f4 Lineární tetráda megaspor Konec meiózy = 4 stejná jádra megaspor – pokračují v dalším vývoji - zárodečný vak = tetrasporický C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\lil-f5a.jpg IASPRR At the conclusion of meiosis, there are four equal megaspore nuclei formed in lily. Since all four megaspore nuclei persist and contribute to the forming embryo sac, this is tetrasporic. lil-f5a Tetráda megaspor u lilie https://faculty.unlv.edu/schulte/Anatomy/Repro/Repro.html Megagametogeneze u lilie Migrace jader megaspor 3 jádra megaspor migrují k chalazálnímu konci zár.vaku, jedno jádro zůstává u mikropylárního pólu, centrální vakuola se zvětšuje C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\lil-f6a.jpg IASPRR Soon after their formation, three of the megaspore nuclei migrate to the chalazal end, while one remains in the micropylar end. As this occurs, a central vacuole enlarges. lil-f6a Příprava na 1. mitotické dělení Mikropylární i chalazální chromosomy kondenzují před 1. mitotickým dělením. Mikropylární pól zár. vaku bude pak obsahovat dvě 1N jádra. C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\lil-f71a.jpg C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\lil-f71m.jpg IASPRR The micropylar and chalazal chromosomes condense prior to mitotic division. The micropylar end of the embryo sac will contain two 1N nuclei. lil-f71a, lil-f71m Chalazální shluk bude mít společné dělící vřeténko a vzniknou pak dvě 3N jádra C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\lil-f71c.jpg Příprava na 1. mitotické dělení IASPRR The chalazal cluster becomes part of a common mitotic spindle and will reconstitute two 3N nuclei after the completion of mitosis. lil-f71c Anafáze 1. mitózy Formování tradičních vřetének. Poměr chromozomů v chalazální oblasti k mikropylární = 3:1 C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\lil-f8a.jpg C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\lil-f8.jpg IASPRR Ultimately, the mitotic assemble in the embryo sac form traditional spindles. The chromosomes in the chalazal end outnumber the micropylar ones by a 3:1 ratio. Lil-f8a, Lil-f8 Metafáze 2.mitózy Mikropylární jádra tvoří vřeténka na sebe kolmá. Mikropylární vřeténko dá vznik 2 jádrům synergid, vřeténko blíže k chaláze bude formovat jádro vaječné buňky a jádro polární C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\lil-f91m.jpg IASPRR The micropylar nuclei develop spindles with perpendicular nuclei. The micropylar spindle is located transversely and will form the two synergids, while the more chalazal spindle of the two is at right angles and will form the egg and a polar nucleus. Lil-f91a, Lil-f91m, dělící vřeténka jsou rovněž na sebe kolmá, blíže k chaláze je slabě formované, centrálnější vřeténko dá vzniknout polárnímu jádru a 1 antipodě C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\lil-f91c.jpg Metafáze 2.mitózy – chalazální pól IASPRR Among the chalazal products of mitosis, the spindles are also oriented perpendicular to one another. The chalazal of the two spindles is poorly formed, whereas the more central of the two spindles will form a polar nucleus and one antipodal. Lil-f91c Dozrávání megagametofytu 4 mikropylární jádra jsou haploidní (1N) – vaječná buňka, 2 synergidy a mikropylární polární jádro C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\lil-f10a.jpg C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\lil-f10m.jpg IASPRR mikropylární pól The four micropylar nuclei are all haploid (1N) nuclei that will form the egg, two synergids and one of the two polar nuclei. Lil-f10a, Lil-f10m Velké chalazální jádro je 3N polární jádro. Přilehlá buňka je 3N antipoda. Chalazálně je další antipoda. Protože 2 chalazální jádra nedokončí mitózu, vznikne pouze 1 jádro (6N). C:\Dokumenty\Obrázky\lilium_makro_IASPR\lil-f10c.jpg Dozrávání megagametofytu IASPRR chalazální pól The large chalazal nucleus is the 3N polar nucleus. The adjacent cell is a 3N antipodal cell. Chalazal to this is another antipodal cell. Since the two chalazal nuclei never complete mitosis, only one cell (potentially 6N) is formed instead of two. Lil-f10c Odkazy https://faculty.unlv.edu/schulte/Anatomy/Repro/Repro.html http://www.plantcell.org/content/16/suppl_1/S133.full