Reprodukční orgány. Sexualita rostlin. Sexualita u rostlin. Sexualita u rostlin. David Honys. Laboratoř biologie pylu ÚEB AVČR;

Transkript

1 Reprodukční orgány Sexualita rostlin Sumer (4000 př. n. l.) Abgal Asýrie (3000 př. n. l.) Aššúr Babylón (3000 př. n. l.) Marduk David Honys Laboratoř biologie pylu ÚEB AVČR; Sexualita u rostlin Lékař a botanik Profesor medicíny a rektor Univerzity Karlovy Pergamon Museum Berlin Sexualita u rostlin Rudolf Jakob Camerarius ( ) Lékař a botanik Profesor medicíny a ředitel botanické zahrady v Tübingen Adam Zalužanský ze Zalužan ( ) Rudolf Jakob Camerarius ( ) Popsal a experimentálně potvrdil sexualitu u rostlin Poprvé popsal sexualitu u rostlin Dvoudomé rostliny různého pohlaví jsou stejného druhu Lékař a botanik, profesor medicíny a ředitel botanické zahrady v Tübingen Samičí rostliny tvoří mimo dosah pylu ze samčích rostlin bezsemenné plody Morušovník (Morus) Zaluzianskya elongata De sexu plantarum epistola (1694) De sexu plantarum epistola (1694) Methodi herbariae libri tres (1592) Popsal a experimentálně potvrdil sexualitu u rostlin

2 Sexualita u rostlin Sexualita u rostlin Zakladatel rostlinné anatomie Pionýr palynologie, daktyloskopie Rudolf Jakob Camerarius ( ) Rudolf Jakob Camerarius ( ) Lékař a botanik Profesor medicíny a ředitel botanické zahrady v Tübingen Nehemiah Grew ( ) Bažanka ( Špenát ( Lékař a botanik, profesor medicíny a ředitel botanické zahrady v Tübingen De sexu plantarum epistola (1694) Popsal a experimentálně potvrdil sexualitu u rostlin Kukuřice (Zea mays) Samičí rostliny tvoří mimo dosah pylu ze samčích rostlin bezsemenné plody Skočec (Ricinus) Rostliny po odstranění samčích květů netvoří semena De sexu plantarum epistola (1694) Popsal a experimentálně potvrdil sexualitu u rostlin Pozorování: Pyl - první mikroskopická pozorování Prašníky - samčí pohl. orgány Anatomie květů - placentace semeníku Morfologie stonku a kořene 1682 Sexualita rostlin Morfologie pylu a prašníků Giovanni Battista Amici ( ) 1824 Voskový model oplození dýně (Cucurbita pepo) Italský astronom, matematik a optik (mikroskopie) Jan Evangelista Purkyně ( ) Popsal klíčení pylu na blizně (1824) 1847 Popis oplození orchideje (Orchis morio) Profesor fyziologie ve Vratislavi Popsal způsob otevírání prašníků De cellulis antherarum fibrosis de granorum pollinarium formis (1830)

3 Rodozměna Rodozměna Objevy Objevy 1849 vznik embrya z vaječné buňky (oosféry) 1849 vznik embrya z vaječné buňky (oosféry) Wilhelm Hofmeister ( ) 1851 skryté střídání generací semenných rostlin (sporofyt, gametofyt) a sjednocující teorie evoluce rostlin Wilhelm Hofmeister ( ) 1851 skryté střídání generací semenných rostlin (sporofyt, gametofyt) a sjednocující teorie evoluce rostlin Ladislav Josef Čelakovský ( ) Profesor botaniky v Heidelbergu a v Tübingen Profesor botaniky v Heidelbergu a v Tübingen Profesor botaniky na Universitě Karlově Zavedení pojmů sporofyt a gametofyt (1874) Die Entstehung des Embryo der Phanerogamen (1849) Die Entstehung des Embryo der Phanerogamen (1849) Ueber die verschiedenen Formen und die Bedeutung des Generationswechsels der Pflanzen. Sitzungsberichte der königlich böhmischen Gesellschaft der Wissenschaften in Prag 1874: Životní cykly rostlin a živočichů Redukce gametofytu Živočichové Diferenciace zárodečné linie záhy během embryogeneze Rostliny Absence specifické zárodečné linie Nediferencované kmenové buňky Mechy Krytosemenné rostliny Izolovaná populace kmenových buněk Vegetativní pletiva Reprodukční orgány 2n mateřské buňky mikro- a megaspor 1n mikro- a megaspory Walbot a Evans (2003) Nat Rev Genet a gametofyt Graham (2003) Gamety Hlevíky Kapradiny Nahosemenné rostliny

4 Skrytá rodozměna krytosemenných rostlin Dopravení samčích gamet k vajíčku Rychlý a řízený růst pylové láčky Gametofyt Sporofyt Rostliny výtrusné Rostliny semenné Rodozměna Rodozměna Bryophyta Pteridophyta Selaginellales Nahosemenné Krytosemenné Bresinsky et al. (2013) Strassburger s Plant Sciences Bresinsky et al. (2013) Strassburger s Plant Sciences

5 Tendence k tvorbě semen Šištice nahosemenných rostlin Rostliny výtrusné - vranečky Megaspory se neuvolňují ze sporangií, vyvíjejí se na sporofytu Cycadopsida Coniferopsida Neuzavřený obal kolem samičí výtrusnice tvořený megasporofylem S. rupestris Heterosporické vranečky Selaginella apus Selaginella rupestris Miadesmia (karbon) Lepidocarpon (devon, karbon) Encephalartos altensteinii Pinus sylvestris Bresinsky et al. (2013) Strassburger s Plant Sciences Fyziologická Růst anatomie a vývoj rostlin, KEBR PřF UK, David Honys Oboupohlavný květ krytosemenných rostlin Úplný květ krytosemenných rostlin blizna čnělka tyčinky Homochlamydní tepala Achlamydní Květní obal Heterochlamydní sepala petala Haplochlamydní asepalní apetalní Všechny čtyři květní orgány kališní lístky (sepala) korunní lístky (petala) Graham (2003) Funkce Ochrana květních orgánů před rozkvetením BBC Life (2009) Lákání opylovačů

6 Neúplný květ Mikrosporofyly nahosemenných rostlin Cycadopsida Ginkgopsida Coniferopsida Jeden nebo více květních orgánů chybí Zamia integrifolia tyčinky, 2 prašná pouzdra tyčinky, 2-20 prašných pouzder šupiny, prašných pouzder Cycas circinalis Gnetales Ginkgo biloba Welwitschia sp. kukuřice líska BBC Life (2009) Gnetum sp. Gnetum mikrosporofyl, Pinus sylvestris 1-2 prašná pouzdra Welwitschia 6 mikrosporofylů v kruhu, Bresinsky et al. (2013) Strassburger s Plant Sciences každý 3 prašná pouzdra Mikrosporofyly krytosemenných - tyčinky tyčinek Spirální či kruhová fylotaxe R! Vývoj prašníku Magnolia denudata Primární polyandrie BBC Life (2009) Otevírání prašníků Přeměny tyčinek Sekundární polyandrie Nymphea sp. Stewartia pseudocamelia Bresinsky et al. (2013) Strassburger s Plant Sciences

7 Megasporofyly nahosemenných rostlin Megasporofyly krytosemenných - plodolisty Cycadopsida Dioon edule Ginkgopsida stopka, 2 vajíčka Coniferopsida semenné šupiny, 2 vajíčka Ontogeneze plodolistu krytosemenných Ginkgo biloba Pinus sylvestris Cycas circinalis Zamia skinneri 1 terminální vajíčko semenné šupiny, 2-8 vajíček Taxus baccata Gnetales Cycas couttsiana 1 terminální vajíčko Gnetum sp. Bresinsky et al. (2013) Strassburger s Plant Sciences Bresinsky et al. (2013) Strassburger s Plant Sciences Colutea arborescens Typy gynaeceí a placentace Vývoj květu u Neptunia pubescens květní meristém (A) Neptunia pubescens (Mimosaceae) Bresinsky et al. (2013) Strassburger s Plant Sciences Raven P.H., Everet R.F., Eichhorn Fyziologická S.E.: Biology of anatomie Plants. W. rostlin, H. Freeman KEBR and PřF Comp. UK, David Publ., Honys 2005

8 Vývoj květu u Neptunia pubescens Vývoj květu u Neptunia pubescens květní meristém (A) meristém se základy kališních lístků (S) květní meristém (A) meristém se základy kališních lístků (S) meristém se základy kališních (S) a korunních lístků (P) Raven P.H., Everet R.F., Eichhorn Fyziologická S.E.: Biology of anatomie Plants. W. rostlin, H. Freeman KEBR and PřF Comp. UK, David Publ., Honys 2005 Raven P.H., Everet R.F., Eichhorn Fyziologická S.E.: Biology of anatomie Plants. W. rostlin, H. Freeman KEBR and PřF Comp. UK, David Publ., Honys 2005 Vývoj květu u Neptunia pubescens Vývoj květu u Neptunia pubescens květní meristém (A) meristém se základy kališních lístků (S) vývoj tyčinek (St) zakládání pestíku (C) meristém se základy kališních (S) a korunních lístků (P) základy tyčinek Raven P.H., Everet R.F., Eichhorn Fyziologická S.E.: Biology of anatomie Plants. W. rostlin, H. Freeman KEBR and PřF Comp. UK, David Publ., Honys 2005 Raven P.H., Everet R.F., Eichhorn Fyziologická S.E.: Biology of anatomie Plants. W. rostlin, H. Freeman KEBR and PřF Comp. UK, David Publ., Honys 2005

9 Vývoj květu u Neptunia pubescens Vývoj květu u Neptunia pubescens vývoj tyčinek (St) zakládání pestíku (C) vývoj tyčinek (St) zakládání pestíku (C) diferenciace čnělky a semeníku Raven P.H., Everet R.F., Eichhorn Fyziologická S.E.: Biology of anatomie Plants. W. rostlin, H. Freeman KEBR and PřF Comp. UK, David Publ., Honys 2005 Raven P.H., Everet R.F., Eichhorn Fyziologická S.E.: Biology of anatomie Plants. W. rostlin, H. Freeman KEBR and PřF Comp. UK, David Publ., Honys 2005 Vývoj květu u Neptunia pubescens Vývoj květu u Neptunia pubescens vývoj tyčinek (St) zakládání pestíku (C) vývoj tyčinek (St) zakládání pestíku (C) blizna blizna čnělka čnělka semeník (O) semeník (O) diferenciace čnělky a semeníku diferenciace pestíku Amygdalus communis diferenciace pestíku Raven P.H., Everet R.F., Eichhorn Fyziologická S.E.: Biology of anatomie Plants. W. rostlin, H. Freeman KEBR and PřF Comp. UK, David Publ., Honys Raven P.H., Everet R.F., Eichhorn Fyziologická S.E.: Biology of anatomie Plants. W. rostlin, H. Freeman KEBR and PřF Comp. UK, David Publ., Honys 2005

10 Diferenciace blizny u huseníčku Kvetení 50 µm 100 µm 100 µm 100 µm 10 µm 10 µm 10 µm 10 µm Bowman: Atlas of Morphology and Development (1994) p koruna Fyziologická Růst anatomie a vývoj rostlin, KEBR PřF UK, David Honys Přechod do generativní fáze Morfologické změny provázející kvetení u huseníčku Stonkový apikální meristém je přeměněn v intermediátní/přechodný meristém (inflorescence meristem), který vytvoří základ květenství Intermediátní meristém přechodné stádium mezi vegetativní na generativní fází Intermediátní meristém dá vzniknout květním meristémům (floral meristem) Leyser O., Day S.: Mechanisms in Plant Development. - Blackwell Publ UK (upraveno)

11 Květní diagram a čtyři kruhy květních orgánů Geny identity květního meristému Čtyři kruhy buněk v květním meristému Čtyři kruhy květních orgánů MADS-box transkripční faktory Kvartetový model SHP, STK apetala2 apetala3/pistillata agamous Thiessen (2000) COPB

12 ABC model u dalších modelových druhů ABC není vždy ABC Lacandonia schismatica Garay-Arroyo (2012) JXB ABC není vždy ABC, může být i ACB! Geny identity květního meristému Lacandonia schismatica Geny identity květních orgánů u Arabidopsis: LFY (LEAFY), AP1, AP3 (APETALA), PI (PISTILLATA), AG (AGAMOUS) Okamuro (1993) Plant Cell MADS box transkripční faktory homeotické geny Garay-Arroyo (2012) JXB Alvarez-Buylla (2010) TPC

13 ABC není vždy ABC, může být i ACB! Regulace kvetení - význam auxinu Polární transport auxinu - klíčový pro vývoj květenství Lacandonia schismatica Alvarez-Buylla (2010) TPC jarovizace Arabidopsis thaliana Okada (1991) Plant Cell Úloha auxinu při specifikaci květních orgánů DR5::GFP Zvýšená koncentrace auxinu v místech založení budoucích květních orgánů Specifikace květních orgánů integrace dvou procesů Exprese MADS-box TF Identita wt Jednopohlavný květ Neúplný květ Jeden nebo více květních orgánů chybí Arabidopsis thaliana Dynamika auxinu Umístění pin1 distribuce auxinu v kruhu kukuřice pin1 van Mourik (2012) PLoS ONE, PSB

14 Degenerace základů květních orgánů při zakládání jednopohlavných květů Kiwi (Actinidia deliciosa) Dvoudomá rostlina, jednopohlavné květy Samičí květ Samčí květ kukuřice Calderon-Urrea (1999) Development Čnělka s větším množstvím blizen Velké množství tyčinek s prašníky produkujícími neživotaschopný pyl Zpoždění degenerace tapeta a middle layer Ca ++ signalizace účastnící se nesprávné tvorby exiny zprostředkovaná tapetem Degenerace základů čnělky Velké množství tyčinek s prašníky produkujícími fertilní pyl Samičí gametofyt Životní cyklus (kryto)semenných rostlin

15 Vývoj samičího gametofytu krytosemenných rostlin Colutea arborescens Vybrané fáze vývoje vajíčka huseníčku 1-II 2-II 2-III 3-IV 4-IV Hydrilla verticillata Polygonum divaricatum Sieber (2004) Dev Biol Bresinsky et al. (2013) Strassburger s Plant Sciences Vývoj vajíčka Vývoj zárodečného vaku FG1 meiosa, degenerace megaspor vajíčko FG2-FG5 3 x mitosa, karyokineze Cresti (1992) Altas of Sexual Reproduction in Flowering Plants atropické FG5 organizace jader ve specifických doménách Zakřivení vajíčka změna osy polarity anatropické FG6 celularizace a fúze jader FG7 zralý zárodečný vak Morfologie integumentů kampylotropické Fyziologická Růst anatomie a vývoj rostlin, KEBR PřF UK, David Honys Berger (2011) Ann Rev Plant Biol

16 Vývoj zárodečného vaku Vývoj zárodečného vaku mateřská buňka megaspory jednobuněčný mladý zárodečný vak čtyřjaderný zárodečný vak raný osmijaderný zárodečný vak degenerující megaspory jádra antipod polární jádra jádra synergid raně dvojjaderný zárodečný vak degenerující megaspory pozdně dvojjaderný zárodečný vak degenerující megaspory pozdní osmijaderný zárodečný vak jádra antipod polární jádra jádro vaječné buňky zralý osmibuněčný zárodečný vak centrální jádro jádra synergid jádra synergid jádro vaječné buňky jádro vaječné buňky Yang (2010) Ann Rev Plant Biol Arabidopsis thaliana Yang (2010) Ann Rev Plant Biol Arabidopsis thaliana Typy megasporogeneze a megagametogeneze Typy megasporogeneze a megagametogeneze

17 Diferenciace buněk zárodečného vaku Diferenciace buněk zárodečného vaku Gradient auxinu Gradient auxinu Modulární hypotéza evoluce zárodečného vaku Borovice Mák Samčí gametofyt Slunečnice Mučenka

18 Samčí gametofyt nahosemenných rostlin Samčí gametofyt nahosemenných rostlin Coniferopsida pylové zrno Ginkgopsida spermatozoid pylová láčka Pinus nigra Cycadopsida pylové zrno pylová láčka pylová láčka pylová láčka vaječná buňka oplození klíčící pyl klíčící pyl oplození Pinus nigra spermatozoid Taxus baccata Zamia floridana Bresinsky et al. (2013) Strassburger s Plant Sciences Dioon edule Microcycas calocoma Bresinsky et al. (2013) Strassburger s Plant Sciences Oplození nahosemenných rostlin Redukce samčího gametofytu spermatozoid Dioon edule Nahosemenné Pinus nigra Ginkgo biloba Ceratozamia sp. pylová láčka trubicovitá Krytosemenné pylové zrno Lilium martagon Bresinsky et al. (2013) Strassburger s Plant Sciences Bresinsky et al.

19 Pylová láčka nahosemenných a krytosemenných rostlin Redukce samčího gametofytu Pinus nigra Nahosemenné klíční pól proximální haustoriální růst buněčná stěna PL - celulóza pylová láčka haustoriální diferenciace zárodečné linie pylová láčka trubicovitá Krytosemenné Lilium martagon klíční pól distální vrcholový růst buněčná stěna PL - kalóza Krytosemenné pylové zrno Lilium martagon pylové zrno pylová láčka Bresinsky et al. Bresinsky et al. Rychlý a řízený růst pylové láčky Vývoj samčího gametofytu Meiosa Mikrosporogeneze Oddělená karyokineze a cytokineze Simultánní (tabák) Honysová (2013) Následná (lilie) První pylová mitosa Vysoce asymetrické buněčné dělení

20 Založení samčí zárodečné linie Polarizace mikrospory asymetrická lokalizace jádra Založení samčí zárodečné linie - PMI Průběh mitotického dělení Polarizace mikrospory asymetrická lokalizace jádra fragmoplast - buněčná deska vakuola Průběh mitotického dělení fragmoplast - buněčná deska vakuola Narušení polarity centrifugace, kolchicin tabák symetrické rozdělení mikrospory Oh (2010) PSB tetráda mikrospora PMI dvojbuněčný pyl Liu (2011) FIPS tetráda mikrospora PMI dvojbuněčný pyl huseníček První pylová mitosa První pylová mitosa Vysoce asymetrické buněčné dělení Vysoce asymetrické buněčné dělení Polarizace mikrospory asymetrická lokalizace jádra Průběh mitotického dělení Polarizace mikrospory asymetrická lokalizace jádra fragmoplast - buněčná deska vakuola Založení samčí zárodečné linie - PMI Průběh mitotického dělení fragmoplast - buněčná deska vakuola Narušení polarity centrifugace, kolchicin narušení systému mikrotubulů - gem1 MOR1/GEM1 - MAP215 MT-vazebný protein Narušení polarity centrifugace, kolchicin narušení systému mikrotubulů - gem1 MOR1/GEM1 - MAP215 MT-vazebný protein symetrické rozdělení mikrospory tetráda mikrospora PMI dvojbuněčný pyl tetráda mikrospora Komplex TIO/kinesin12 je nepostradatelný pro cytokinesi (expanzi fragmoplastu) ve sporofytu i v gametofytu První pylová mitosa Vysoce asymetrické buněčné dělení PMI dvojbuněčný pyl defekty syntézy buněčné stěny Pozdní fragmoplast Raný fragmoplast Pozdní anafáze symetrické rozdělení mikrospory Narušení mitózy narušení syntézy buněčné desky - tio TIO - FUSED kináza Předprofázový prstenec Založení samčí zárodečné linie - PMI TUA6 TIO DAPI Oh (2005) Curr Biol, Oh (2012) Plant J

21 Založení samčí zárodečné linie - PMI Průběh mitotického dělení fragmoplast - buněčná deska vakuola Narušení polarity centrifugace, kolchicin narušení systému mikrotubulů - gem1 MOR1/GEM1 - MAP215 MT-vazebný protein Narušení mitózy narušení syntézy buněčné desky - tio TIO - FUSED kináza symetrické rozdělení mikrospory Průběh mitotického dělení Markery buněčného osudu Narušení mitózy narušení syntézy buněčné desky - tio TIO - FUSED kináza symetrické rozdělení mikrospory generativní buňka spermatické buňky Markery buněčného osudu generativní buňka spermatické buňky phtr10::htr10-mrfp PMI dvojbuněčný pyl První pylová mitosa defekty syntézy buněčné stěny Vysoce asymetrické buněčné dělení LAT52::GFP vegetativní buňka mikrospora tetráda mikrospora PMI dvojbuněčný pyl zralý pyl mikrospora zralý pyl tetráda Berger a Twell (2010) Annu Rev Plant Biol mikrospora dvojbuněčný pyl phtr10::htr10-mrfp dvojbuněčný pyl vakuola Narušení polarity centrifugace, kolchicin narušení systému mikrotubulů - gem1 MOR1/GEM1 - MAP215 MT-vazebný protein Polarizace mikrospory asymetrická lokalizace jádra fragmoplast - buněčná deska První pylová mitosa defekty syntézy buněčné stěny Vysoce asymetrické buněčné dělení LAT52::GFP vegetativní buňka Založení samčí zárodečné linie - PMI Polarizace mikrospory asymetrická lokalizace jádra Narušení polarity centrifugace, kolchicin narušení systému mikrotubulů - gem1 MOR1/GEM1 - MAP215 MT-vazebný protein mikrospora Vegetativní buněčný osud základní stav PMI dvojbuněčný pyl Průběh mitotického dělení fragmoplast - buněčná deska vakuola Narušení mitózy narušení syntézy buněčné desky - tio TIO - FUSED kináza tabák tetráda Polarizace mikrospory asymetrická lokalizace jádra fragmoplast - buněčná deska symetrické rozdělení mikrospory Založení samčí zárodečné linie - PMI Průběh mitotického dělení vakuola Berger a Twell (2010) Annu Rev Plant Biol Polarizace mikrospory asymetrická lokalizace jádra Založení samčí zárodečné linie - PMI Narušení polarity centrifugace, kolchicin narušení systému mikrotubulů - gem1 MOR1/GEM1 - MAP215 MT-vazebný protein symetrické rozdělení mikrospory Twell (1998) TIPS kontrola symetrická absence mitózy mitóza kolchicin tetráda mikrospora nutná pro iniciaci samčí zárodečné linie Vegetativní buněčný osud Samčí zárodečná linie První pylová mitosa defekty syntézy buněčné stěny Narušení mitózy narušení syntézy buněčné desky - tio TIO - FUSED kináza PMI dvojbuněčný pyl Nevyhraněný buněčný osud defekty syntézy buněčné stěny

22 Buněčné osudy vegetativní a generativní buňky mikrospora PMI dvojbuněčný pyl PMII Samčí zárodečná linie Hippeastrum vitatum Zea mays Hordeum vulgare Helleborus foetidus Male germ unit Triticum aestivum Reňák (2014) PCE Arabidopsis thaliana Vegetativní buňka Konec proliferace (G0) Chromatin Diferenciace Expresní program Funkce - doprava gamet k vajíčku Dehydratace, opylení, aktivace, rychlý růst, kompetence, komunukace, vedení pestíkem Generativní buňka Pokračující proliferace (mitóza -> G2) Chromatin Diferenciace - gamety Funkce - dvojité oplození Expresní program Specifický expresní progam obou buněčných typů Borges (2008) Plant Physiol Euphorbia dulcis Brassica napus Arabidopsis thaliana Plumbago zeylandica Spinacia oleracea Petunia hybrida Nicotiana tabacum Nicotiana alata Cyphomandra betacea McCue (2011) JXB APG (2009) Bot J Linn Soc Gerbera jamesonii Male germ unit Male germ unit tažená SB Arabidopsis thaliana Stabilní jednotka tvořená vegetativním jádrem a spermatickými buňkami či buňkou generativní Reňák (2014) PCE tažená SB Arabidopsis thaliana Stabilní jednotka tvořená vegetativním jádrem a spermatickými buňkami či buňkou generativní Reňák (2014) PCE Nicotiana tabacum vedoucí SB McCue (2011) JXB Nicotiana tabacum vedoucí SB Význam Koordinace transportu SB pylovou láčkou Synchronizace a kontrola dvojitého oplození Komunikace mezi VJ a GB/SB Modifikace chromatinu SB? Inaktivace transposonů v SB? McCue (2011) JXB Methylace AtMu1a v SB VJ Vznik už po PMI VJ Slotkin (2009) Cell

23 Dvojbuněčný či trojbuněčný pyl Přechodný typ pylu Zralý samčí gametofyt vegetativní buňka s buňkami spermatickými Lilium bulbiferum Annona cherimola Dvojbuněčný pyl: Solanaceae, Liliaceae (asi 70%) Trojbuněčný pyl: Poaceae, Brassiccaceae (asi 30%) asi deset rodů tvoří oba druhy pylu Silphium perfoliatum Oba typy pylu v jednom květu Poměr závisí na teplotě Klíčivost zhruba stejná Raven (2005) Biollogy of Plants Lora et al. (2009) Am J Bot Topol Trávy Kukuřice Dýně Dozrávání pylového zrna Akumulace rezerv sacharidy, lipidy, RNA, bílkoviny rezervy krátkodobé a dlouhodobé Rozpad a degradace vakuol Degradace škrobu Dehydratace pylu Buněčná stěna pylového zrna Zcela unikátní struktura a chemické složení Syntéza společným působením sporofytu a gametofytu Proměnlivé složení v různých obdobích fenomén kalózy Exina Tapetozóm pilátní tektátní Původ sporofytický gametofytický Kalóza Firon (2012) Ann Bot Honysová (2013)

24 Borovice Mák Mutace formování buněčné stěny Huseníček thalův wip316 wip117 Slunečnice Mučenka wt wip277 wip278 Uvolnění pylu z prašníku Uvolnění pylu z prašníku Arabidopsis thaliana Bowman (1994) Arabidopsis. An Atlas of Morphology and Development Cactus sp. 50 µm Mimosa sp. Pinus

25 Přenos pylu na bliznu / opylení Samosprašnost / cizosprašnost (Autogamie / alogamie) Kleistogamie Callitriche Větrosprašnost (anemofilie) Hmyzosprašnost (entomofilie) zoofilie hydrofilie Přenos pylu na bliznu / opylení BBC Life (2009) Samosprašnost / cizosprašnost (Autogamie / alogamie) Větrosprašnost (anemofilie) Hmyzosprašnost (entomofilie) zoofilie hydrofilie BBC Life (2009) Přenos pylu na bliznu / opylení Inkompatibilita pylu Přenos pylu na bliznu / opylení Samosprašnost / cizosprašnost (Autogamie / alogamie) Kleistogamie Větrosprašnost (anemofilie) Hmyzosprašnost (entomofilie) zoofilie hydrofilie BBC Life (2009) Callitriche Snížení možnosti autogamie Heterostylie Dichogamie Proterogynie x protandrie BBC Life (2009)

26 Progamická fáze Fáze I Adheze, hydratace, aktivace, klíčení C Opylení Fáze II Růst pylové láčky na blizně Fáze III Růst PL vodícím pletivem čnělky Fáze IV Růst PL semeníkem po povrchu septa - (ovular/funicular guidance) Fáze V Růst PL do vajíčka otvorem klovým (micropylar guidance) následovaný oplozením Higashiyama (2003) COPB (C) Jürgen Berger/Heiko Schoof Dresselhaus (2011) AoB Gibalová (2009) PMB Dresselhaus (2011) AoB Cresti (1992) Atlas of Sexual Reproduction in Flowering Plants Dresselhaus (2013) Mol Plant Secrets of Nature - Peas and Cues Opylení je také signál senescence koruny a kalichu aktivace růstu semeníku degenerace synergidy zakládání vajíček na placentě (Orchidaceae Catleya, Dendrobium) vývoj zárodečného vaku indukce sporogeneze (slivoň - Prunus dulcis) splývání jader centrální buňky zárodečného vaku (Zea mays) Aktivace a klíčení pylového zrna Progamická fáze Christos Michaelidis

27 Kalosové zátky Pylová láčka - apikální růst Apikální růst pylové láčky vodicí pletivo čnělky gradient Ca 2+, postupná syntéza BS od špičky uákládání a zesíťování pektinů glykosylace proteinů (arabinogalaktanové proteiny - AGP) diktyozom vnější buněčná stěna mikrofilamentum vnitřní buněčná stěna endoplazmatické retikulum Christos Michaelidis agp6/agp11/agp40 klíčení láček již v prašníku pomalý růst čnělkou neoplozená vajíčka mitochondrie váček fúzující s plazmalemou váčky s materiálem pro stavbu buněčné stěny Raven (2005) Biology of Plants Mascarenhas (1993) TPC Nguema (2012) Ann Bot Progamická fáze Získání kompetence PL kontaktem se samičími pletivy Dresselhaus (2013) Mol Plant Mark Johnson, Brown University 108

28 Vedení pylové láčky pestíkem Aktivace pylové láčky pletivy pestíku Semi-in vivo transkriptom Semi-in vivo sekretom 0 20 SIV pylové láčky sekretovaly >700 proteinů Konakt s vodícím pletivem indukuje >1000 genů (383 pylově specifických) Efekt přítomnosti isolovaného vajíčka v médiu Takeuchi (2011) COPB Qin (2009) PLoS Genet Hafidh (2014) BST Aktivace pylové láčky pletivy pestíku Vedení pylové láčky - finální přiblížení Semi-in vivo transkriptom Konakt s vodícím pletivem indukuje >1000 genů (383 pylově specifických) Semi-in vivo sekretom SIV pylové láčky sekretovaly >1400 proteinů Růst PL do vajíčka otvorem klovým (micropylar guidance) Kontakt se synergidou Puknutí pylové láčky, uvolnění gamet Interakce gamet při dvojitém oplození Odpuzující signály, zabránění polyspermii (polytubey) Qin (2009) PLoS Genet Leydon (2014) BST Hafidh (2014) BST Kawashima (2010) AoB Plants

29 Vedení pylové láčky - finální přiblížení Vedení pylové láčky - kontakt se synergidou Signalizace prostřednictvím malých sekretovaných proteinů Navázání kontaktu Relokalizace NTA iniciovaná FER Degenerace synergidy ZmEA1 ZmEA1 zmea1 Extrémně druhově specifický signál - přitahuje PL kukuřice, ale nikoli Tripsacum dactyloides FERONIA NORTIA LUREs ACA9 LIP1/2 (c) B. Honysová (2015) Vajíčko huseníčku přitahuje pylovou láčku kukuřice: Vajíčko - huseníček pmyb98::zmea1-gfp Pylová láčka - kukuřice LUREs ACA9 LIP1/2 CRPs FERONIA NORTIA LORELEI ANXUR1/2 FERONIA Dialog a receptorová kináza FERONIA -> NORTIA malý GAP LORELEI; CRP rodiny DEFL ES1-4 (c) B. Honysová (2015) ZmES4 Indukce puknutí pylové láčky Genom huseníčku neobsahuje homolog ZmEA1 Vajíčko - huseníček wt Pylová láčka - kukuřice fer receptorové kinázy ANXUR1/2 Marton (2012) CB Kessler (2011) COPB Marton (2012) CB Vedení pylové láčky - dvojité oplození Degenerace synergidy Puknutí pylové láčky, uvolnění SB Relokalizace gamet Dvojité oplození FERONIA NORTIA LORELEI GEX2 HAP2 EC1 Kontakt gamet ZmES4 Indukce puknutí pylové láčky Oplození CRP rodiny LTP EC1 membránový protein HAP2 Marton (2012) CB (c) B. Honysová (2015) Guignard (1899)

30 Thank you! Děkuji za pozornost!