2) Reprodukce rostlin

Podobné dokumenty
RVR ) Vývoj květu a kontrola kvetení. d) Vznik gamet e) Mutace ve vývoji gametofytu f) Opylení, oplodnění

2) Reprodukce rostlin

MBR ) Reprodukce rostlin. d) Vznik gamet e) Mutace ve vývoji gametofytu f) Opylení, oplodnění

MBR ) Reprodukce rostlin. d) Vznik gamet e) Mutace ve vývoji gametofytu f) Opylení, oplodnění

d) Vznik gamet e) Mutace ve vývoji gametofytu f) Opylení, oplodnění

Pohlavní rozmnožování. Gametogeneze u rostlin a živočichů.

Rostlinné hormony brasinosteroidy a jejich úloha ve vývoji a růstu rostlin

Buněčný cyklus. Replikace DNA a dělení buňky

Rostlinné hormony brasinosteroidy a jejich úloha ve vývoji a růstu rostlin

44 somatických chromozomů pohlavní hormony (X,Y) 46 chromozomů

Růst a vývoj rostlin - praktikum

Reprodukční orgány II

Bi8240 GENETIKA ROSTLIN

7) Dormance a klíčení semen

Růst a vývoj rostlin - praktikum

Samčí gametofyt. mikrosporogeneze mikrogametogeneze

BUŇEČNÝ CYKLUS A JEHO KONTROLA

Otázka 22 Rozmnožování rostlin

Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Bi8240 GENETIKA ROSTLIN

Přijímací zkoušky BGI Mgr. 2016/2017. Počet otázek: 30 Hodnocení každé otázky: 1 bod Čas řešení: 60 minut. Varianta B

Biologie I. Buňka II. Campbell, Reece: Biology 6 th edition Pearson Education, Inc, publishing as Benjamin Cummings

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

VÝZNAM REGULACE APOPTÓZY V MEDICÍNĚ

Auxin - nejdéle a nejlépe známý fytohormon

4) Reprodukce rostlin

Typy nukleových kyselin. deoxyribonukleová (DNA); ribonukleová (RNA).

BUŇKA ZÁKLADNÍ JEDNOTKA ORGANISMŮ

DUM č. 3 v sadě. 37. Bi-2 Cytologie, molekulární biologie a genetika

Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují

Vladimír Vinter

2) Reprodukce rostlin

Exprese genetického kódu Centrální dogma molekulární biologie DNA RNA proteinu transkripce DNA mrna translace proteosyntéza

4) Reprodukce rostlin

ANATOMIE REPRODUKČNÍCH ÚTVARŮ

MBR ) Reprodukce rostlin. a) Indukce kvetení. b) Vývoj květu - stručná morfologie. c) Genetická a molekulární analýza vývoje květu

Příběh pátý: Auxinová signalisace

Inovace studia molekulární. a buněčné biologie

Růst a vývoj rostlin - praktikum MB130C78

Mendelova genetika v příkladech. Transgenoze rostlin. Ing. Petra VESELÁ, Ústav lesnické botaniky, dendrologie a geobiocenologie LDF MENDELU Brno

Hořčík. Příjem, metabolismus, funkce, projevy nedostatku

4) Reakce rostlin k modrému světlu

7) Senescence a programová smrt buňky (PCD)

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Degenerace genetického kódu


- význam: ochranná funkce, dodává buňce tvar. jádro = karyon, je vyplněné karyoplazmou ( polotekutá tekutina )

Výuka genetiky na Přírodovědecké fakultě UK v Praze

2) Reprodukce rostlin

TUBULIN-FOLDING COFACTOR A (TFC A) u Arabidopsis

8 cyklinů (A, B, C, D, E, F, G a H) - v jednotlivých fázích buněčného cyklu jsou přítomny určité typy cyklinů

Samčí gametofyt. mikrosporogeneze mikrogametogeneze

Anatomie, histologie a embryologie

Molekulární mechanismy diferenciace a programované buněčné smrti - vztah k patologickým procesům buněk. Aleš Hampl

Bílkoviny a rostlinná buňka

Rich Jorgensen a kolegové vložili gen produkující pigment do petunií (použili silný promotor)

Anatomie, histologie a embryologie

Endocytóza o regulovaný transport látek v buňce

4) Interakce auxinů a světla ve vývoji a růstu rostlin

- pro učitele - na procvičení a upevnění probírané látky - prezentace

Buněčné dělení ŘÍZENÍ BUNĚČNÉHO CYKLU

Samičí gametofyt. Gyneceum Typy placentace, stavba vajíčka Megasporogeneze (vývoj megaspor) Megagametogeneze (vývoj zárodečného vaku)

6) Interakce auxinů a světla ve vývoji a růstu rostlin

ROSTLINNÉ ORGÁNY KVĚT, PYLOVÁ ZRNA

Bi8240 GENETIKA ROSTLIN

3) Membránový transport

"Učení nás bude více bavit aneb moderní výuka oboru lesnictví prostřednictvím ICT ". Základy genetiky, základní pojmy

19.b - Metabolismus nukleových kyselin a proteosyntéza

Růst a vývoj rostlin - praktikum

Opelenie (pollinatio) je prenesenie peľu z tyčinky na bliznu piestika.

Apoptóza Onkogeny. Srbová Martina

REGULACE TRANSLACE DEGRADACE BÍLKOVIN. 4. Degradace bílkovin. 4. Degradace bílkovin. 4. Degradace bílkovin

3) Růst a vývoj. a) Embryogeneze a cytokineze b) Meristém a vývoj rostliny c) Vývoj listů a kořenů KFZR 1

Rostlinná anatomie. generativní orgány, rozmnožování rostlin

Růst a vývoj rostlin - praktikum

BUNĚČ ORGANISMŮ KLÍČOVÁ SLOVA:

MBR ) Reprodukce rostlin. a) Indukce kvetení. b) Vývoj květu - stručná morfologie. c) Genetická a molekulární analýza vývoje květu

13. ONTOGENEZE III.: REPRODUKCE

3 a) Fyzikální principy. 5 Chemický potenciál (µ s ) (volná energie na jeden mol: J/mol) * = chemický potenciál roztoku s za standartních podmínek

BUNĚČNÝ CYKLUS. OMNIS CELLULA ET CELLULA - buňka vzniká jen z buňky. Sled akcí, ve kterých buňka zdvojí svůj obsah a pak se rozdělí

5. Příjem, asimilace a fyziologické dopady anorganického dusíku. 5. Příjem, asimilace a fyziologické dopady anorganického dusíku

Laboratoř růstových regulátorů Miroslav Strnad. ové kultury. Olomouc. Univerzita Palackého & Ústav experimentální botaniky AV CR

Základy buněčné biologie

2) Reprodukce rostlin

Univerzita Karlova v Praze - 1. lékařská fakulta. Buňka. Ústav pro histologii a embryologii

Struktura a funkce biomakromolekul

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

11. Období dospělosti vznik další generaci sporofytu redukčně dělí megaspory mikrospory megagametofyty mikrogametofyty gametofyty gametám stárnutí

Růst a vývoj rostlin - praktikum

Životní cyklus rostliny. a) Indukce kvetení. b) Vývoj květu - stručná morfologie. c) Genetická a molekulární analýza vývoje květu. a) Indukce kvetení

Regulace růstu a vývoje

10. oogeneze a spermiogeneze meióza, vznik spermií a vajíček ovulační a menstruační cyklus antikoncepční metody, oplození

Exprese genetické informace

Vodní režim rostlin. Obsah vody, RWC, vodní potenciál a jeho komponenty: Adaptace, aklimace: rostliny vodní, poikilohydrické (řasy, mechy,

Mitóza a buněčný cyklus

Buňky, tkáně, orgány, soustavy

Samičí gametofyt. Gynaeceum Typy placentace, stavba vajíčka Megasporogeneze (vývoj megaspor) Megagametogeneze (vývoj zárodečného vaku)

Vodní režim rostlin. Úvod Adaptace, aklimace: rostliny vodní, poikilohydrické (řasy, mechy, lišejníky, kapradiny, vyšší rostliny) a homoiohydrické.

Respirace. (buněčné dýchání) O 2. Fotosyntéza Dýchání. Energie záření teplo BIOMASA CO 2 (-COO - ) = -COOH -CHO -CH 2 OH -CH 3

Transkript:

2010 2) Reprodukce rostlin 1 d) Vznik gamet e) Mutace ve vývoji gametofytu f) Opylení, oplodnění Speciální číslo Plant Cell, vol. 216 (June 2004) Supplement, pp. S1 S245, zaměřené na Plant Reproduction (Reprodukce rostlin) http://www.plantcell.org/content/vol16/suppl_1/index.shtml Ma H (2005) Annual Review of Plant Biology, Vol. 56: 393-434 http://arjournals.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.arplant.55.031903.141717

2 d) Vznik gamet Životní cyklus rostliny Mikrosporogeneze Megasporogeneze UPDATE 2007 Turner JM (2007) Chromosome Research 15: 517-521 Review o meióze

Vývoj samčího gametofytu - mikrosporogeneze Mikrosporogeneze = tvorba samčího gametofytu = pylových zrn Sporofytická buňka 3 Tapetální iniciační buňka Sporogenní iniciační buňka (pylová mateřská) Tapetum Meióza Tetráda haploidních buněk 4 volné mikrospory Mitóza Kalóza = 1,3-ß-glukan Vegetativní buňka Generativní buňka Kaláza = 1,3-ß-D-glukanáza Tapetální buňky produkují kalázu, polymery a pigmenty 2 spermatické buňky Mitóza

4 Samčí pohlavní buňka - pylové zrno Exina = sporopolenin = polymer fenolů; extrémně rezistentní k chemickým látkám; nejsou známy geny, které utváření exiny kódují Fosilní nálezy pylových zrn Vývojová biologie Pylové protoplasty Fellner M (1995) Plant Cell, Tissue and Organ Culture 42: 157-162.

5 Pestré uspořádání exiny pylových zrn Praktické využití (např. kriminalistika)

Vývoj samičího gametofytu - megasporogeneze 6 Nezralé vajíčko Megaspora Embryonální vak: UPDATE 2010 Meióza Mitózy Yang W-C et al. (2010) Annu Rev Plant Biol 60: 27.1-27.20 Review o vývoji samičího gametofytu 7 buněk 3 antipodální (AC) 2 synergické (SC) 1 centrální (CC) 1 vaječná (EC)

Je problematické najít geny specificky exprimované v samičím gametofytu: problematické izolovat vajíčko od sporofytického pletiva => obtížné izolovat mrna a vytvořit cdna knihovny Orchidej - experimentální rostlina pro studium genů specificky exprimovaných ve vajíčku - synchronizovaný vývoj vajíček - vajíčko se vyvíjí dlouhou dobu (11 týdnů) => možnost izolovat vajíčka v různých stádiích vývoje => mrna v různých etapách vývoje => možnost determinovat expresi během vývoje 7 Nadeau JA et al. (1996) Plant Cell 8: 213-239 http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=161093&action=stream&blobtype=pdf Skupina F. Colomba (Holandsko) identifikovala geny specificky exprimované ve vajíčku: FBP = MADS box geny. Colombo L et al. (1997) Plant Cell 9: 703-715 Favaro R et al. (2002) Mol Genet Genomics 268: 152-159

e) Mutace ve vývoji gametofytu 8 Analýza sterilních mutantů Identifikace genů Pylově sterilní mutanti s defektem ve vývoji pylu - většinou recesivní, homozygotní - defekt v meióze, netvoří pyl - defekt ve vývoji tapetálních buněk - deformace prašníků pyl se neuvolňuje, nebo pozdě - defekt v pylovém otvoru pyl nemůže klíčit - defekt ve vývoji sporofytu pyl nemůže klíčit Sterilní mutanti s defektem ve vývoji vajíčka - defekt ve vývoji sporofytu - defekt ve vývoji megaspory - ovlivněn vývoj vajíčka a ovlivněno oplodnění - defekt ve vývoji embryonálního vaku a vajíčka ovlivněno oplodnění

9 Mutace ve vývoji samčího gametofytu 60 90% genů exprimovaných ve gametofytu je exprimováno i ve sporofytu Sekvenování Arabidopsis genomu (2000) (viz MBR 1) 26 tisích genů 350 genů exprimovaných specificky v prašnících Specifické pro pyl Nespecifické pro pyl

10 Mutace zapojené v meiotickém a mitotickém buněčném cyklu samčí gametofyt UPDATE 2009 Borg M et al. (2009) J Exp Bot 60: 1465-1478

11 GSL 8, GSL10 enzym glukan-syntáza-like; narušená symetrie dělení mikrospor a nepravidelné ukládání kalózy sporocyteless (spl) defekt v diferenciaci primárních sporogenních buněk na mikrospory; špatně vyvinutá stěna prašníku excess microsporocytes1 (ems1) produkuje velké množství mikrosporocytů na úkor tapeta UPDATE 2010 Feng X et al. (2010) Development 137: 2409-2416 EMS1 LRR-RLK (leucine-rich repeat receptor-like kináza) SERK1, SERK2 (SOMATIC EMBRYOGENESIS RECEPTOR-LIKE KINASE 1 a 2) TPD1 (TAPETUM DETERMINANT 1) syntetizovaný mikrosporocyty TPD1 EMS1 TPD1 Osud tapetálních buněk SERK1 SERK2

12 TDF1 (DEFECTIVE IN TAPETAL DEVELOPMENT AND FUNCTION1) transkripční faktor MYB; klíčový v regulaci vývoje tapeta Zhu J et al. (2008) Plant J 55: 266-277 WT tdf1 Trangen TDF1 UPDATE 2010 Ishiguro S et al. (2010) Plant Cell Physiol 51: 896-911 fkp1 pylová zrna bez povrchové vrstvy FKP1 (FLAKY POLLEN 1) kóduje 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzym A syntázu = enzym mevalonátové (MVA) dráhy zapojený v biosyntéze sterolů MVA důležitý pro vývoj organel tapetálních buněk => pylová zrna fkp1 nemají povrchovou vrstvu, která vzniká z rozpadlých tapetálních buněk.

13 quartet (qrt) tetrády se nerozdělují a uvolňují se celé z prašníku QRT kóduje enzym s pektin metylesterázovou aktivitou (PME); exprimován v prašníkových pletivech před koncem meiózy

14 T-DNA mutant cals5 narušená fertilita, degenerované mikrospory CALS5 kóduje kalóza-syntázu syntéza kalózy exina WT cals5-3 cals5-4 cals5-5 Knockout mutant CYP703A2 (cytochrom P450) CYP703A2 katalyzuje hydroxylaci kys. laurové Sporopolenin bloky hydroxylované kyseliny laurové WT CYP703A2

15 UPDATE 2010 Li W-Q et al. (2010) Plant Cell Physiol 51: 923-935 MGP1 (MALE GAMETOPHYTE DEFECTIVE 1) kóduje F a d podjednotku mitochondriální F 1 F 0 -ATP syntázy u Arabidopsis. mgp1 mutant destrukce mitochondrií v pylových zrnech a k zániku pylových zrn

16 MS1 (MALE STERILITY1) transkripční faktor regulující tvorbu exiny, pyl. cytosolu a tapeta RPG1 (RUPTURE POLLEN GRAIN1) membránový protein nezbytný pro tvorbu exiny WT rpg1 Guan Z-F et al. (2008) Plant Physiol 147: 852-863 TIR1, AFB1 AFB3 auxinové receptory; mutanti vytváří krátké tyčinky prašníku a předčasné zrání pylu

17 Mutace ve vývoji samičího gametofytu Mutace zapojené v meiotickém a mitotickém buněčném cyklu samičí gametofyt UPDATE 2008 Liu J, Qu L-J (2008) Molecular Plant 1: 564-574 23 genů 14 nespecifických ( ) + (funkce známa) 9 specifických ( )

18 Arabidopsis mutant fem2 zastaven vývoj vajíčka před megasporogenezí Arabidopsis mutant gfa nedochází k fúzi jader centrální buňky fem2 gfa UPDATE 2008 Colombo L et al. (2008) TIPS 13: 444-450 Přehled genů specifických pro vývoj vajíčka. BEL1, WUS, INO, ANT geny významné ve vývoji integumentu (vnějšího obalu vajíčka); homologní geny existují u jiných rostlinných druhů a regulují rovněž vývoj samičího gametofytu.

19 UPDATE 2009 Pagnussat GC et al. (2009) Science 324: 1684-1689 Distribuce auxinů v embryonálním vaku je polarizovaná - tvoří se gradient koncentrace auxinů. Na základě tohoto gradientu auxin určuje identitu buněk: Vysoká koncentrace auxinu Nízká koncentrace auxinu Synergické buňky a vaječná buňka Antipodální buňky

20 Metoda enhancer-trap mutageneze = chytání zesilovače Identifikace genů specificky exprimovaných v buňkách embryonálního vaku Konstrukt: Slabý promotor GUS GUS expression Zesilovač Slabý promotor GUS Hledaný gen Cis-acting enhancer

21 Cytoplasmatická samčí sterilita (CMS) = pylová sterilita přenášená pouze samičími orgány Odpovědné geny jsou většinou součástí chloroplastového či mitochondriálního genomu. Ve všech známých případech je CMS je způsobena expresí abnormálních proteinů v mitochondriích prašníků. Mechanismus, jakým abnormální proteiny ovlivňují mitochondrie, není znám. Mitochondrie v prašníku mají vliv na vývoj pylu. Pokud je exprese abnormálního proteinu redukována, fertilita je obnovena. Ve všech CMS systémech existují jaderné geny, které potlačují expresi (tvorbu) abnormálních proteinů v prašníku. Nové review o CMS Chase CD et al. (2007) Trends in Genetics 23: 81-90

CMS-T systém u kukuřice abnormální mitochondriální protein URF13 Obnovení fertility vyžaduje 2 jaderné geny: Rf1 a Rf2 22 Aldehyd dehydrogenáza Aldehyd?

23 Klíčení pylu Pro klíčení vyžaduje vysušené pylové zrno vlhkost 1) Rostliny s vlhkou bliznou pylové zrno bere vlhkost z blizny 2) Rostliny se suchou bliznou vlhkost je zajištěna lipidy na povrchu pylového zrna. Lipidy hrají významnou roli v klíčení pylu. Arabidopsis mutant cer má defektní lipidovou vrstvu klíčí pouze za extrémní vlhkosti Arabidopsis mutant fiddlehead má odlišné lipidy (vysokomolekulární) v epidermálních buňkách listů. Pylová zrna WT na těchto listech klíčí!!! Flavonoidy na povrchu pylového zrna hrají roli v klíčení pylu. Rostliny kukuřice s mutací v genu, kódujícím enzym biosyntézy flavonoidů, jsou self-sterilní

24 Mechanismus klíčení pylu není dosud přesně znám Ca 2+ gradient nezbytný pro klíčení pylu; hraje roli v regulaci směru růstu pylové láčky

25 Není známo, jak je Ca 2+ signál přeložen do finální reakce prodlužování pylové láčky. cngc18 nulový mutant s pylovou sterilitou CNGC18 kóduje kationtový kanál regulovaný cyklickými nukleotidy GFP:CNGC18 analýza Frietsch S et al. (2007) PNAS 104: 14531-14536 cngc18: komplementovaný GFP:CNGC18 Heterologní exprese v E. coli časově a koncentračně závislá akumulace Ca 2+ UPDATE 2009 Myers C et al. (2009) Plant J 59: 528-539 Zapojení Ca 2+ -dependentních kináz Wang Y et al. (2009) Plant Physiol 148: 1201-1211 Upregulace genů pro calmodulin, cation/hydrogen exchangers, heat-shock proteiny

26 Klíčení se dá indukovat in vitro na médiu obsahujícím cukr, kys. boritou, Ca 2+ Klíčení in vivo je vždy rychlejší Další faktory (?) pocházející z blizny, hrající roli v klíčení pylu

Další faktory ovlivňující klíčení pylové láčky rostlinné hormony 27 Gibereliny stimulují prodlužovací růst (Swain and Singh 2005, TIPS 10: 123-129) GA deficientní mutanti Mutanti s defektem v GA signaling Overexprese enzymu deaktivující GA trpasličí vzrůst, defekt ve vývoji prašníků a pylu Inhibice růstu pylové láčky Brasinosteroidy stimulují prodlužovací růst Mutant cpd CPD kóduje cytochrom P450 (biosyntéza BRs) WT Mutant bri1 BRI1 kóduje receptor BRs Zastaveno prodlužování pylové láčky BRs a BRs signaling nutné pro růst pylové láčky UPDATE 2010 Zonia L (2010) Journal Exp. Botany 61: 1939-1957 Review o prostorové a časové integraci signálních drah regulujících klíčení pylové láčky bri1 Clouse et al. (1996) Plant Physiol 111: 671-678

28 f) Opylení, oplodnění Obě spermatické buňky vnikají do jedné ze synergických buněk (SC). Dochází k dvojímu oplodnění: 1. Oplodnění: 1. spermatická buňka oplodní haploidní vaječnou buňku (EC) => diploidní zygota PN CC 2. Oplodnění: 2. spermatická buňka oplodní diploidní centrální buňku (CC) = spojí se s jádry (PN) => triploidní endosperm EC SC Klíčová otázka: Co nutí a směřuje pylovou láčku k embryonálnímu vaku?

PN 29 CC EC SC HAP2 exprimován v haploidních spermatických buňkách; nutný k tomu, aby se pylová láčka dostala k vajíčku => spermatické buňky aktivně směřují pylovou láčku k vajíčku GEX3 správná exprese genu ve vaječné buňce a spermatických buňkách směřování pyl. láčky k vajíčku MAA3 (MAGATAMA3) kóduje enzym helikázu, která je potřeba pro metabolismus RNA. Hraje roli ve správném směřování pylové láčky k mikropyle

30 UPDATE 2007 Escobar-Restrepo J-M et al. (2007) Science 317: 656-660 feronia pylová láčka vniká do synergické buňky, ale nepraská a neuvolňuje spermatické buňky Synergické buňky exprimují protein FERONIA (receptor-like kináza) - přitahují pylovou láčku Neznámý ligand + receptor FERONIA Zastavení růstu pylové láčky, uvolnění spermatických buněk UPDATE 2008 Berger F et al. (2008) TIPS 13: 437-443 Review o dvojitém oplodnění

31 UPDATE 2009 Boisson-Dernier A et al. (2009) Development 136: 3279-3288 Miyazaki S et al. (2009) Current Biology 19: 1327-1331 anx1anx2 pylová láčka praská ještě předtím, než dosáhne samičího gametofytu Geny ANXUR1 a ANXUR2 homology genu FERONIA Funkce ANX1 a ANX2? : konstitutivní inhibice praskání pylové láčky a uvolňování spermatických buněk; specificky exprimované v pylové láčce Pylová láčka dosahuje samičího gametofytu. Aktivace dráhy FERONIA Deaktivace dráhy ANX Prasknutí pylové láčky a uvolnění spermatických buněk.

32 UPDATE 2009 Capron A et al. (2008) Plant Cell 20: 3038-3049 Mutant lorelei - defekt v uvolnění spermatických buněk Pylová láčka mutanta po dosažení embryonálního vaku nepraská, ale pokračuje v růstu uvnitř embryonálního vaku směrem k centrální buňce (CC). Tam se ale otočí a směřuje zpátky k mikropyle. cc central cell my micropylární konec ch chalaziální konec LORELEI (LRE) - exprimován v synergických buňkách LORELEI je glucosylphosphatidylinositol (GPI)-anchored protein - umožňuje samičímu gametofytu rozpoznat vniknutí kompatibilní pylové láčky a umožnit uvolnění spermatických buněk.