Sporogeneze a gametogeneze, opylení, oplození. Vznik plodů a semen. Embryogeneze. Dormance, senescence programovaná buněčná smrt

Transkript

1 Generativní fáze vývojev voje. Rozmnožov ování rostlin Sporogeneze a gametogeneze, opylení, oplození Vznik plodů a semen Embryogeneze Dormance, senescence programovaná buněčná smrt

2 Pohlavní a nepohlavní rozmnožování rostlin Mnoho rostlin používá oba způsoby Formy nepohlavního rozmnožování rostlin: Vegetativní rozmnožování Vysoký podíl přeživšího potomstva Minimální vliv na rozšiřování areálu Agamospermie či partenogeneze (produkce semen bez oplození) Podíl přeživšího potomstva podobný jako při pohlavním rozmnožování Přežívání nevhodných podmínek a potenciální vliv na rozšiřování areálu

3 Vegetativní rozmnožování Hřížení Větve, které zakořeňují, když jsou v kontaktu se zemí Odnože Prýty trav, které raší z podzemních stonků a kořenů Šlahouny Nadzemní stonky, které raší v nodech Oddenky (rhizomy) Podzemní stonky, které rostou horizontálně a produkují nové prýty

4 Vegetativní rozmnožování Cibule, hlízy, hlízky Podzemní zásobní struktury, které mohou dát vzniknout novým prýtům tvorba hlíz a cibulí je u mnoha rostlin indukována fotoperiodickým signálem tvorba cibulí je podporována dlouhým dnem tvorba hlíz (tuberizace) spíše krátkým dnem fotoreceptorem je fytochrom, fotoperiodický signál vzniká v listech je přenosný roubováním Dlouhodenní tabák Nicotiana silvestris pěstovaný na dlouhém dni nebo krátkodenní Nicotiana tabacum z krátkého dne vyvolávají tuberizaci po naroubování na krátkodenní brambor Solanum andigena. Solanum andigena pak vytváří hlízy, i když sám stále rostl na dlouhém dni.

5 Agamospermie / apomixie Produkce fertilních semen bez oplození Nejméně 400 apomiktických druhů (Rosaceae, Asteraceae, Poaceae) Pravděpodobně podhodnocený odhad Často jev asociovaný s polyploidií Sporofytická apomixie - Vznik embryí z buněk sporofytu (např. z diploidní vaječné buňky ) Gametofytická apomixie - chybí meiosa 2n zárodečný vak Obtížná detekce jednotlivých typů: vznik endospermu může vyžadovat opyleníči dokonce splynutí alespoň jednoho spermatického jádra s vajíčkem (pseudogamie)

6 Pohlavní rozmnožování rostlin charakteristické rysy rostlin: rodozměna diskontinuita vývoje životní cyklus = rodozměna = střídání generací (sporofyt a gametofyt) teoreticky nekonečný proces ontogeneze = vývoj jedince (od počátku do smrti) diploidní sporofyt kormus tvoří haploidní spory spory vznikají redukčním dělením (meióza) haploidní gametofyt stélka nese gamety gamety jsou diferencované buňky gametofytu u výtrusných rostlin samostatný jedinec u semenných rostlin potlačen, existenčně závislý na sporofytu

7 Životní cykly rostlin a živočichů Diploidně dominantní

8 Střídání generací

9 Životní cyklus mechorostů Autotrofní dlouhožijící gametofyt a na něm závislý heterotrofní sporofyt

10 Životní cyklus mechorostů

11 Životní cyklus (kryto)semenných rostlin

12 Gametofyty nižších a vyšších rostlin semenné rostliny zárodečný vak mechy Gary Drews Samčí a samičí gametofyt kapradiny Převzato z přednášky B130P14, Fyziologie rostlin, LS, David Honys

13 generativní fáze: oboupohlavný květ krytosemenných rostlin blizna koruna čnělka tyčinka prašník mikrospory nitka pestík soubor tyčinek v květu androeceum kalich megaspora vajíčko vajíčko (megasporangium) semeník soubor pestíků v květu gynoeceum sporofyt: vznikají haploidní spory redukčním dělením

14 Vývoj vajíček (megasporangií), vznik megaspor, vývoj samičího gametofytu základní pletivo vajíčka megasporocyty megasporocyt (profáze meiózy) mladý zárodečný vak Lilium Raven P.H., Everet R.F., Eichhorn S.E.: Biology of Plants. W.H.Freeman and company Worth Publishers, New York 2003

15 Megasporogeneze a megagametogeneze Megasporocyt Zárodečný vak Stádium čtyř megaspor Převzato z přednášky B130P14, Fyziologie rostlin, LS, David Honys

16 Typy megasporogeneze a megagametogeneze Truskavec žabník Převzato z přednášky B130P14, Fyziologie rostlin, LS, David Honys

17 vývoj prašníku tvorba mikrospor epidermis archespor vývoj pylových zrn a apikální meristém (květní); b kalich; c koruna; d základ tyčinky; e základ plodolistu (karpelu); f epidermis (z vrstvy L1); g archespor (derivát vrstvy L2), z jeho buněk vzniknou mateřské buňky mikrospor mikrospory samčí gametofyty (pylová zrna; h deriváty vrstvy L3; ch pletivo stěny prašníku; i vnější tapetum; j vnitřní tapetum; k mikrospory; l spojidlo; m vodivé pletivo; n specializované buňky stěny prašníku, které degenerují při splývání prašných pouzder a usnadňují otvírání prašných váčků; o stomium; p tetrády mikrospor; r pylová zrna; s prašné pouzdro. (Podle Goldberg R.B. et al. The Plant Cell 5: , Upraveno.).

18

19 M I K R O S P O R O G E N E Z E mikosporocyt M I K R O G A M E T O G E N E Z E Převzato z přednášky B130P14, Fyziologie rostlin, LS, David Honys

20 Mikrosporogeneze Meiosa Oddělená karyokineze a cytokineze Simultánní (tabák) Následná (lilie) Převzato z přednášky B130P14, Fyziologie rostlin, LS, David Honys

21 Vývoj samčího gemetofytu - tetrády Převzato z přednášky B130P14, Fyziologie rostlin, LS, David Honys

22 Vývoj samčího gemetofytu PMII po vyklíčení v rostoucí láčce PMII ve zrajícím pylu dvoubuněčný pyl: Solanaceae, Liliaceae (asi 70%) tříbuněčný pyl: Poaceae, Brassiccaceae (asi 30%) asi deset rodů tvoří oba druhy pylu Tabák Řepka mladý samčí gametofyt zralý samčí gametofyt pylové zrno vegetativní buňka s buňkami spermatickými Lilium Silphium

23 Výživa mikrospor a mladého pylu Podíl gametofytické i sporofytické regulace Sporofyt (tapetum) kontrola produkce metabolitů a) syntéza a sekrece b) degradace kalosy produkce glukosy (je-li syntéza a rozklad kalosy potlačena, mikrospory odumírají. jaderně podmíněná pylová sterilita) Gametofyt kontrola importu metabolitů 1) Osmoprotektanty prolin, glycin, betain - transport do pylu silná exprese prolinového přenašeče 2) Monosacharidy (hexosy, pentosy) produkty degradace kalosy import do mikrospor (monosacharidový přenašeč) 3) Sacharosa úloha při dehydrataci ochrana membrán pozdní pylový membránový H + -sacharosový přenašeč Převzato z přednášky B130P14, Fyziologie rostlin, LS, David Honys

24 Buněčná stěna pylového zrna Zcela unikátní struktura a chemické složení Syntéza společným působením sporofytu a gametofytu Proměnlivé složení v různých obdobích fenomén kalosy Tectum Pektiny Exine Intine Sexine Nexine Baculum Lumina Nexine I Nexine II Sporopolenin Převzato z přednášky B130P14, Fyziologie rostlin, LS, David Honys

25 Kalosa β-1,3-glukan Syntéza: β-1,3-glukan synthasa (kalosa synthasa) Degradace: β-1,3-glukanasa (kalasa) Výskyt: 1) Stěna oddělující mikrospory v tetrádě 2) Prvotní stěna oddělující vegetativní a generativní buňku po I. pylové mitose 3) Složka buněčné stěny pylové láčky 4) Zátky oddělující jednotlivé segmenty pylové láčky je-li syntéza a rozklad kalosy potlačena, mikrospory odumírají (jaderně podmíněná pylová sterilita)

26 Mutace ve formování stěny Huseníček WIP316 WIP117 WT WIP277 WIP278 Převzato z přednášky B130P14, Fyziologie rostlin, LS, David Honys

27 pylová zrna A jitrocel B pepřovník C pryskyřník D povijnice E kolotočník F réva G kopřiva H mák CH platan I ambrosie J proskurník K leknín

28 PYLOVÁ STERILITA U ROSTLIN nejčastěji způsobena přestavbami v genomu mitochondrií = cytoplasmatická samčí sterilita ("cytoplasmic male sterility", CMS) FERTILNÍ cms STERILNÍ evoluční význam CMS - podpora cizosprašování

29 Přenos pylu na bliznu / opylení Samosprašnost / cizosprašnost (Autogamie / alogamie) Kleistogamie Snížení možnosti autogamie Větrosprašnost (anemofilie) Hmyzosprašnost (entomofilie) zoofilie hydrofilie Heterostylie Dichogamie Proterogynie x protandrie Převzato z přednášky B130P14, Fyziologie rostlin, LS, David Honys

30 vývoj gametofytů, diferenciace gamet, oplodnění u rostlin krytosemenných megaspora antipody jádro megaspory jádro centrální buňky zárodečného vaku samičí gametofyt zárodečný vak endosperm dvojité oplodnění u rostlin krytosemenných samičí gameta buňka vaječná (oosféra) zygota buňka vegetativní mikrospora jádro mikrospory buňka vegetativní buňka generativní pylové zrno samčí gametofyt buňky spermatické samčí gamety klíčící pylové zrno jádro buňky vegetativní

31 klíčení pylu na blizně hydratace pylu růst pylové láčky mikrospora buňka generativní buňka vegetativní buňky spermatické b. gen. jádro b. veg. Cresti M., BlackmoreJ., van Went J.L.: Altas of Sexual Reproduction in Flowering Plants. Springer-Verlag, Berlin 1992 Smith G.M., Gilbert E.M., Evans R.I., Duggar B.M., Bryan G.S., Allen Ch.E.: A Textbook of General Botany. The Mackmillan Comp. 1946, New York. Upraveno

32 apikální růst pylové láčky vodicí pletivo čnělky gradient Ca 2+, glykosylace proteinů diktyozom vnější buněčná stěna mikrofilamentum vnitřní buněčná stěna mitochondrie endoplazmatické retikulum Raven P.H., Everet R.F., Eichhorn S.E.: Biology of Plants. W.H.Freeman and comp. Worth Publishers, New York 2003 váček fúzující s plazmalemou váčky s materiálem pro stavbu buněčné stěny Mascarenhas J.P.: Molecular mechanisms of pollen tube growth and development.- The Plant Cell 5: , Upraveno

33 Progamická fáze Interakce pyl/blizna - kompatibilita Hydratace Papilární buňky Klíčení na papilárních buňkách Růst vodícím pletivem Vodící pletivo Růst po povrchu septa Vajíčko Penetrace mikropyle Převzato z přednášky B130P14, Fyziologie rostlin, LS, David Honys

34 Blizna Papilární buňky Čnělka Jürgen Berger / Heiko Schoof Převzato z přednášky B130P14, Fyziologie rostlin, LS, David Honys

35 Progamická fáze Fáze 1 Adheze Hydratace Aktivace Fáze 2 Klíčení Růst pylové láčky Fáze 3 Růst pylové láčky Vedení Pylová láčka Christos Michaelidis (2002) Fáze 4 Růst pylové láčky Vedení Oplození Převzato z přednášky B130P14, Fyziologie rostlin, LS, David Honys

36 Pyl je přenášen v částečně dehydratovaném stavu: musí na blizně dojít k hydrataci Fáze 1 Adheze Hydratace Aktivace Suché blizny: jsou selektivnější, poskytnou vodu jen pylu nejblíže příbuzných druhů (např. učeledi Brassicaceae) Pylová inkompatibilita (autoinkompatibilita) jako mechanismus cizosprášení sporofytická autoinkompatibilita: rozpoznání pylu: podle látek na povrchu pylového zrna v exině - lipidy, polysacharidy, proteiny a flavonoly (produkty mateřského sporofytu) Brukev (Brassica sp.): Pestík produkuje specifické bílkoviny (např. SRK - receptorová kináza) z povrchu pylových zrn se uvolňuje malá bílkovina bohatá na cystein partner SRK při setkání ikompatibilních kombinací se spouští signální kaskáda vedoucí k zastavení klíčení a růstu pylové láčky Některé druhy rostlin po rozeznání nevhodného pylu brání klíčení: v místě kontaktu na povrch blizny vyloučí kalózu

37 Pylová inkompatibilita (autoinkompatibilita) jako mechanismus cizosprášení X X X X X X vlhké blizny: vylučují sekret - umožňuje zachycení a hydrataci pylu (Solanaceae) k zástavě růstu inkompatibilních pylových láček dochází až ve čnělce gametofytická inkompatibilita - fenotyp pylového zrna přímo určen jeho genotypem někteří zástupci Solanaceae: v pestíku

38 Vedení pylové láčky pestíkem (Guidance) Sporofytická fáze uvnitř vodících pletiv čnělky bez vlivu samičího gametofytu Gametofytická fáze na povrchu pletiv placenty pod vlivem samičího gametofytu Převzato z přednášky B130P14, Fyziologie rostlin, LS, David Honys

39 Vedení pylové láčky pestíkem (Guidance) Gametofytická fáze Komplexní proces - kontrola směru růstu láčky- zárodečný vak - aktivace láčky (Ca ++ /Rop/aktin) - odpuzení pomalejších láček Dvě složky - Funikulární signál delší dosah - Mikropylární signál kratší dosah Převzato z přednášky B130P14, Fyziologie rostlin, LS, David Honys

40 Dvojité oplození / vývoj semene Vajíčko Vaječná buňka Centrální buňka Nucellus Vaječné obaly Semeno 2n embryo 3n endosperm 2n perisperm 2n osemení (testa) Převzato z přednášky B130P14, Fyziologie rostlin, LS, David Honys

41 Tvorba a růst r plodů, vznik semen Solanum betaceum Cav.

42 zrání embrya ukládání zásobních látek dehydratace a tvorba ochranných proteinů (LEA = late embryo abundant) zvýšená koncentrace inhibičních látek (ABA = kyselina abscisová) přeměna vajíčka a integumentů v semeno

43 Semena dvouděložných a jednoděložných rostlin Fazole Pšenice

44 Semeno Ochrana a výživa embrya Dělohy Zásobárna živin pro první fáze růstu po vyklíčení Epikotyl Stonek nad dělohami Hypokotyl Stonek pod dělohami Radikula Báze hypokotylu, na špičce kořenový apikální meristém

45 Semena dvouděložných a jednoděložných rostlin Lodoicea maldivica endemitní seychelská palma

46 Plody - Deriváty semeníků po opylení aktivace růstu a vývoje plodu intenzivní dělení buněk oplodí spolu se semeny silný sink pro asimiláty jak z listů tak ze zásobních orgánů...postupně ustávání fotosyntetické aktivity oplodí rozklad chlorofylu zrání plodů: dužnaté suché změna charakteru buň. stěny (endoglukanázy a galaktosidázy = měknutí plodů) - klimakterické x neklimakterické (ethylén) - ztráta vody, změna tvaru, případně uvolňování semen

47 Vývoj plodů oplodí (perikarp) Exokarp Pokožka Mesokarp Dužnaté oplodí Endokarp Nejvnitřnější vrstva oplodí

48 Peckovice Broskev, oliva, kokosový ořech Dužnaté plody malvice jablka, hrušky Bobule Rajče Hesperidium Pomeranč, grapefruit, citrón

49 Suché plody Oříšek Vlašský ořech, lískový oříšek Míšek Klejicha hedvábná Lusk Hrách, fazole, sója, arašídy Obilka Pšenice, žito, ječmen

50 ? synchronizace embryogeneze a vývoje semena?...embryo může být při vstupu semene do dormance v různém stadiu morfologické diferenciace nejvyvinutější u trav (ve vzrostném vrcholu stonku krytém koleoptilí založeno několik listů) embryo pšenice nediferencovaná u orchidejí hnilák 2 buňky ginkgo = v semeni již odděleném od mateřské rostliny teprve dochází k oplození Embryo ve zralém semeni orchideje Paphiopedilum delenatii Lee et al. Ann Bot December; 98(6):

51 přeměna vajíčka a jeho obalů v semeno koreluje s přípravou embrya k dormanci EMBRYO: hromadění zásobní látek snižování obsahu vody (desikace) hromadění ochranných proteinů LEA (z angl. late embryo abundant) klesá metabolická aktivita akumulace kys. abscisové, pokles auxinu a giberelinů (i citlivosti k nim)...signalizace z mateřského sporofytu! (embryo mimo mateřskou rostlinu samo do dormance nevstoupí) zralá semena: s plně dormantními embryi obsahují 15 až 10% vody i méně a mohou ve stavu klidu setrvat po mnoho let nedozrálými embryi obsahují 50-60% vody, nezvládají hlubokou dehydrataci, krátká dormance Brassicaceae, Ranunculaceae, Papaveraceae, tropické rostliny kávovník, kaučukovník, kakaovník

52 dormance přirozená fáze v ontogenezi rostlin: ve vývoji v voji embrya v růstu pupenů aktivitě meristémů = Dočasný stav klidu (snížení intenzity vývojových, růstových a metabolických procesů) paradormance vnitřní příčiny např. apikální dominance koordinovaný vývoj jedince a regenerace endodormance evoluční adaptace na sezónní klima ekodormance reakce na aktuální nepříznivé vnější podmínky význam dormance adaptace na klimatické podmínky stanoviště utváření základní stavby rostliny regenerace

53 klíčení semen obnovení metabolické aktivity embrya prodlužování hypokotylu a základu kořene vyklíčené semeno = radikula prorazí testu voda (hydratace) kyslík (respirace) teplota světlo (durman, salát, různé plevely...) využívání zásobních látek polysacharidy, proteiny, lipidy

54 klíčení semen Dormantní semena neklíčí ani tehdy, jsou-li vnější podmínky příznivé k překonání dormance někdy třeba vnějších faktorů: delší období nízkých teplot krátké období velmi vysokých teplot (požáry) světlo u semen již uvolněných z dormance může klíčení zabraňovat: inhibiční látky (fenolické kyseliny k. skořicová, ferulová, kávová) v endospermu, perispermu či plodu (bobule) mechanicky odolná testa klíčení epigeické nebo hypogeické orientace v prostoru fototropizmus, geotropizmus adaptace na světlo vznik fotosyntetického aparátu a fotoautotrofní klíční rostliny

55 EMBRYOGENEZE

56 Oplození Dvojité oplození: plazmogamie + karyogamie = syngamie

57 Struktura semene

58 Ustanovení stavebního plánu budoucího rostlinného těla záhy po oplození Vývoj uspořádanosti (Pattern formation) Vývojový proces, při kterém jsou buňky a pletiva uspořádány do správného tvaru a komplexní struktury rostlinného těla na základě příslušného stavebního plánu Buněčné dělení Buněčný růst Morfogeneze Poziční určení buněčného osudu

59 Dvojité oplození semenných rostlin Oplozené vajíčko huseníčku Výrazná polarizace zygoty Apikální konec hustá cytoplasma Embryo Bazální konec centrální vakuola Suspenzor Taiz, Zaiger (2003) Plant Physiology zygota První zygotické dělení je kolmé k budoucí podélné ose embrya Výrazně asymetrické buněčné dělení ustaví směr osy Dvě buňky základem buněčných linií s velmi odlišnými osudy Wolpert (1998) Principles of Development

60 zygota Deriváty apikální a bazální buňky Embryo huseníčku

61 polarita embrya transport auxinu Dva typy polarity v embryích (podle podélné osy souměrnosti) David Twell (2006) PIN7 PIN1 Taiz l., Zieger E.: Plant Physiology. Sinauer Ass., Inc., Publishsrs, Sunderland, Massachusetts, 2006 (upraveno)

62 Během embryogeneze jsou založeny hlavní rysy rostlinného těla Axiální polarita Založena již v zygotě Přímý vznik pletiv a orgánů dospělého těla Formování primárních meristémů aktivace až po vyklíčení Huseníček - periklinální dělení již v oktetovém stádiu Radiální polarita stonku a kořene Základní aspekt morfogeneze Kontrola směru buněčného dělení ve vztahu v povrchu rostlinného těla

63 Vývoj embrya huseníčku Globulární srdčité torpédovité zralé embryo Radiální symetrie Bilaterální symetrie Elongace Vznik promeristémů velice záhy po oplození Wolpert (1998) Principles of Development

64 Nejranější období vzniku uspořádanosti (pattern formation) huseníčku Apikální pól Apikální linie Bazální linie Zygota Dvě buňky Bazální pól Dvojbuněčné proembryo Oktet Přesně definovaný sled buněčných dělení David Twell (2006)

65 Přechod z oktetového do dermatogenového stadia Základ budoucích vrstev pletiv protoderm epidermis základní pletiva (kůra) vodivá pletiva Osm buněk Šestnáct buněk Změna orientace buněčného dělení David Twell (2006)

66 Dermatogenové stadium bazální buněčná linie Základ kořenového apikálního meristému Hypofýza Iniciála klidového centra Iniciála kořenové čepičky Šestnáct buněk Rané globulární embryo David Twell (2006)

67 Apikálně-bazální organizace embrya a semenáčku Naprostá většina rostlinného těla je produktem apikální buňky Hypofýza - derivát bazální buňky kolumela a klidové centrum kořene Srdčité stádium: tři oblasti Apikální oblast dělohy a apikální meristém Střední oblast hypokotyl, kořen, většina kořenového meristému Hypofýza zbytek kořenového meristému

68 Radiální organizace embrya a semenáčku Globulární až srdčité stádium: tři oblasti Protoderm epidermis Základní meristém kortex, endodermis (kořen a hypokotyl) Prokambium vodivá pletiva, pericykl (kořen)

69 Vývoj embrya rýže globulární koleoptilární juvenilní embryo zralé embryo Embryo pšenice 1 mesokotyl 2 stonkový meristém 3 kořenový meristém 4 štítek (scutellum) 5 koleorhiza 6 kořenová čepička 7 koleoptile 8 plumula 10 endosperm

70 50um

71 Správná organizace embrya vyžaduje specifickou a precizně regulovanou genovou expresi

72 Homeotická mutace agamous Základní metodický přístup: studium mutací časná exprese výhradně v oblasti budoucího apikálního meristému shoot meristemless blok formování apikálního meristému

73 Třídy embryonálních mutantů - specifická delece segmentů apikální mutace gurke absence děloh a apikálního meristému centrální mutace fackel absence hypokotylu bazální mutace - monopteros absence kořene a hypokotylu Relativní nezávislost specifikace vývoje segmentů embryonálního těla podél podélné osy Wolpert (1998) Principles of Development Gerd Jürgens (1991)

74 gnom (gn) Kontrola axiální polarity Dramatický fenotyp: sférický tvar úplná absence apikálně-bazální polarity Projevy již při asymetrickém dělení zygoty wt wt gnom gnom

75 gnom Raná embryogeneze wt gnom wt gnom Narušení apikálně-bazální polarity & ztráta bilaterální symetrie Nejranější defekt: symetrické dělení zygoty produkt genu: guanine nucleotide exchange factor (GEF); u G-proteinů výměna GTP za GDP Transport bílkovin z ER do Golgi > sekrece je absolutně potřebný pro polární růst

76 monopterous (mp) bazální mutace Embryo: formování primárn rního kořene Postembryonální období: vývoj voj vodivých pletiv Projevy od osmibuněčného stadia mp wt Fenotyp Embrya: abnormální buněčná dělení; absence hypokotylu a kořínku Dospělost: chybějícíči abnormální vodivá pletiva a adventivní kořeny Delece bazálních oblastí embrya hypokotylu a kořenového apikálního meristému

77 monopterous (mp) MP ARE Auxin responsive gene Transkripční faktor ARF auxin-responsive factor Hardtke & Berleth (1998) EMBO J wt mp Úloha MP v dráze regulované auxinem kontrolující časná buněčná dělení a specifikaci buněčných typů v proembryu Fenotyp Embrya: abnormální buněčná dělení; absence hypokotylu a kořínku Dospělost: chybějící či abnormální vodivá pletiva a adventivní kořeny

78 wt fäckel (fk) NENÍ transkripční faktor! Sterol C14 reduktasa, syntéza brasinosteroidů fk Schrick (2000) Genes Dev. Dramatický fenotyp: absence hypokotylu, redukce kořenů, abnormální morfologie buněk, nekompletní BS, ztráta radiální symetrie zmnožení meristémů

79 gurke (gk) Dramatický fenotyp: specifická delece apikální oblasti embrya (děloh); žádný defekt hypokotylu a kořínku První projev: přechod z globulárního do srdčitého stádia Abnormální buněčná dělení již v raném srdčitém embryu Zploštění embrya: antiklinální dělení povrchové vrstvy buněk; u gk chybí Důsledky: Blok formování děloh Absence SAM Torres-Ruiz (1996) Plant J. Závěr: založení apikálního meristému prýtu je podmíněno předchozím vývojem děloh

80 shoot meristemless (stm) wt Pozdní gen účastnící se procesu pattern formation Projev před dosažením torpédovitého stádia Fenotyp: blok formování stonkového apikálního meristému (SAM) v apikální oblasti embrya Transkripční faktor Regulátor buněčného dělení a supresor diferenciace v apikální oblasti mezi dělohami Lenhart (2002) Development stm

81 SENESCENCE

82 Senescence Období stárnutí a smrti rostlinných orgánů, celých rostlin nekróza = smrt na základě poškození vnějšími činiteli senescence = energii vyžadující proces součástí normálního vývoje rostliny řízena genetickým programem rostliny může být indukována nebo urychlena vnějšími podmínkami Programové odbourávání buněčných struktur na dále použitelné metabolity Jedna z forem programované buněčné smrti (PCD)

83 Senescence Přirozená senescence -často forma adaptace na sezónní změny klimatu Senescence indukovaná stresem nedostatek hořčíku

84 Přirozená senescence Monokarpické druhy Roste 8-10 let, pak bez zřejmého impulzu vykvete a odumře Agave americana bambus Kvetou a plodí jen jednou a pak odumírají

85 Přirozená senescence Polykarpické dřeviny Kvetou a plodí opakovaně Lípa srdčitá 1000 let Eucalyptus regnans Sequoia sempervirens let

86 Přirozená senescence Smrk Polykarpické dřeviny Jedle 4 13 let Břečťan 3 14 let 6 let 28 měsíců 2 3 roky Borovice Vavřín Stálezelené

87 Přirozená senescence Jetel luční 5 let Polykarpické byliny Jetel plazivý 8 let Štírovník růžkatý Více než 10 let

88 Stárnutí jako korelační jev Lusky nebyly odstraňovány Lusky byly odstraňovány Zabránění přesunu živin do květů, semen či plodů může oddálit senescenci

89 Fyziologické a biochemické změny v průběhu senescence Precizně kontrolovaný proces Genová exprese Obecný pokles transkripce, ale zejména v počátku specifická aktivace řady genů, tzv. SAG = Senescence Associated Genes geny asociované se senescencí Aktivace katabolických procesů sytéza degradujících a hydrolytických enzymů Chlorofylasa Mg-dechelatasa Fosfolipasa D β-galaktozidasa Isocitrátlyasa Malátsynthasa PEP karboxykinasa enzymy biosyntetické dráhy ethylenu ACC syntáza ACC oxidáza recyklace minerálních živin glutamin synthetáza Enzymy degradace nukleových kyselin

90 Fyziologické a biochemické změny v průběhu senescence Senescence listu Snížení rychlosti fotosyntézy a zvýšení respirace chloroplasty první organely, které podléhají degradaci po spuštění senescenčního programu Chloroplast žloutnutí listů Rozpad pigmentových komplexů Odbourávání chlorofylu Rozpad fotosystémů Narušení membrán Štěpení lipidů a proteinů Degradace nukleových kyselin Ztráta turgoru Gerontoplast...zatímco jádro vytrvává funkční až do samého konce

91 Fyziologické a biochemické změny v průběhu senescence Opad listů Odlučovací vrstva Produkce ethylenu ukládání suberinu Narušení buněčné stěny celulázami a pektinázami Zkrácení doby osvitu pokles produkce auxinu Vznik odlučovací vrstvy Pletiva stonku Odlučovací vrstva

92 Senescence a opad květů a plodů senescence květů povijnice

93 Hormonální regulace průběhu senescence Cytokininy: Zpomalení stárnutí rostliny tabáku exprimující gen ipt pod kontrolou promotoru indukovaného senescencí jsou nesmrtelné. Snížení syntézy a transportu auxinů, produkce etylénu ve stárnoucích listech: Stimulace opadu listů syntéza hydrolytických enzymů, celuláz, pektináz v opadové zóně

94 Model regulace senescence listu Podmínky prostředí ovlivňují hladinu stresu, hormonální hladiny a metabolismus rostlin signály jsou vyhodnoceny podle vývojového stavu a stáří listu u mladých listů nedochází k indukci senescence ani v nepříznivých podmínkách dospělý list je kompetentní k přijetí senescenčního signálu a reakci na něj staré listy podléhají změnám daným věkem a senescence se spouští bez ohledu na vnější podmínky Taiz and Zeiger 2010

95 Programovaná buněčná smrt u rostlin Geneticky regulovaný jev buněčné sebevraždy jako odpovědi na vývojové či environmentální signály U mnohobuněčných organismů důležitá pro zachování homeostáze, při morfogenezi a obraně PCD při hypersenzitivní reakci PCD při diferenciaci cévních elementů apoptóza živočišné buňky kondenzace a fragmentace chromatinu

96 Programovaná buněčná smrt u rostlin Degenerace článků cév v xylému Degenerace solných žláz PCD buněk kořenové čepičky Tvar listů PCD po napadení patogenem hypersenzitivní odpověď

97 Programovaná buněčná smrt u rostlin Puknutí zralého prašníku Megasporogeneze Degenerace tapeta Degenerace papilárních buněk po opylení Degenerace suspenzoru Degenerace základů květních orgánů při zakládání jednopohlavných květů

98 DĚKUJI ZA POZORNOST