научная статья по теме МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ БЛАСТОЗОН ПРИ ФАСЦИАЦИИ У PISUM SATIVUM L. И ARABIDOPSIS THALIANA (L.) HEYNH Биология

Текст научной статьи на тему «МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ БЛАСТОЗОН ПРИ ФАСЦИАЦИИ У PISUM SATIVUM L. И ARABIDOPSIS THALIANA (L.) HEYNH»

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2015, № 3, с. 230-236

МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ =

УДК 58.01

МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ БЛАСТОЗОН ПРИ ФАСЦИАЦИИ У Pisum sativum L. И Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. © 2015 г. Е. А. Быкова, Е. А. Лабунская, В. В. Чуб

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический ф-т, 119234 Москва, Ленинские горы, 1, стр. 12 E-mail: katebykova.90@mail.ru Поступила в редакцию 18.07.2014 г.

Обнаружено различное влияние фасциации на структуру бластозоны и в конечном итоге на морфологию растения у двух исследуемых семейств. Установлено, что у растений Arabidopsis thaliana изменяется филлотаксис, что приводит к образованию мутовчатого листорасположения (по два или четыре листа в мутовке). Обнаружено, что у гороха Pisum sativum увеличивается число частей сложного листа, может увеличиваться число прилистников, которые могут срастись, что напоминает структуру влагалища злаковых. Отмечено, что общее проявление фасциации и для Arabidopsis, и для Pisum — образование уплощенной меристемы, которая вытягивается вдоль одной линии (оси фасциации).

DOI: 10.7868/S0002332915030029

Побеговая апикальная меристема (ПАМ) большинства цветковых растений имеет схожее строение. Выделяют центральную и периферическую зоны: центральная состоит из недефферен-цированных слабоделящихся клеток, периферическая — из крупных вакуолизированных и активно делящихся клеток.

При правильном функционировании ПАМ при онтогенезе из нее образуются как вегетативные, так и генеративные органы растения. Формирование листьев — один из важнейших этапов морфогенеза растения (Эсау, 1969). Он сопровождается сложным генетическим и позиционным контролем (Чуб, Синюшин, 2012). Следует отметить, что органогенез у растений зависит от морфологических параметров меристемы. При нарушении функционирования ПАМ возникают характерные преобразования размеров меристемы, сопровождающиеся изменением строения побега. Увеличение числа клеток ПАМ, приводящее к разрастанию стебля, называют фасциацией (White, 1948; Синюшин, Гостимский, 2006).

У растений встречаются разнообразнейшие формы строения листовой пластинки. Кроме того, растения различаются по расположению проводящих пучков в листе и по взаимному листорасположению — филлотаксису. Например, растения Arabidopsis thaliana имеют простую листовую пластинку, сетчатое жилкование и прилистники, которые чаще всего не видны из-за их малого размера. У A. thaliana спиральное листорасположение, т.е. каждый последующий при-мордий будущего листа закладывается чуть выше

предыдущего. Если смотреть на меристему сверху, то угол между соседними примордиями составляет ~137.5° (Jean, 1994).

У растений гороха Pisum sativum сложный лист, который состоит из рахиса, прилистников, листочков и усиков. Рахис — это основная ось, на которой располагаются либо одна, либо две пары листочков. Он заканчивается нечетным числом усиков, чаще либо одним, либо тремя. Также у основания рахиса располагается пара прилистников. У гороха двуряд-ное, очередное листорасположение (Лотова, 2007). Как и у Arabidopsis, каждый последующий примор-дий листа закладывается чуть выше предыдущего, только располагаются они один напротив другого (рис. 1).

Лист и все сопутствующие ему структуры формируются из одного пула клеток. В ряде работ этот пул клеток называют примордием сложного листа. Однако примордиями также называют зачатки листовых пластинок и усиков, что создает терминологические неудобства. Кроме того, по предварительным экспериментальным данным у некоторых мутантов из пула клеток меристемы может формироваться не один, а несколько листьев. Поэтому зону, единовременно размеченную для развития одного или нескольких листьев, было предложено называть бластозоной (Синюшин, 2010). При этом определенная область бластозоны в какой-то момент начинает опережать в развитии другие ее части, за счет чего образуется сложная структура листьев. Например, у Arabi-dopsis первоначально образуется примордий листа и лишь намного позже из той же бластозоны

образуются прилистники. Однако они очень сильно отстают в развитии от своего листа и видны только под микроскопом. У гороха бластозона практически сразу подразделяется на пять частей (Синюшин, 2010). Центральная часть соответствует рахису, две последующие — будущим листочкам, а две крайние — прилистникам.

Arabidopsis и Pisum обладают различным фил-лотаксисом, но при этом растения обнаруживают схожее проявление фасциации, например уплощение меристемы. Может происходить разбиение ее на несколько очагов. Такое явление называют дефасциацией (Чуб, Синюшин, 2012).

При увеличении объема меристемы ее форма изменяется, чаще всего фасциация приводит к уплощению ПАМ. Она приобретает овальную форму и вытягивается вдоль линии, которая называется осью фасциации. При дефасциации меристема разделяется на несколько (чаще на два) очагов, которые в дальнейшем функционируют как абсолютно самостоятельные точки роста (Чуб, Синюшин, 2012). Это приводит к образованию двух или более побегов, в зависимости от числа очагов. Может изменяться также филло-таксис, потому что при увеличении объема меристемы увеличивается и площадь поверхности периферической зоны. В результате этого может расти число одновременно закладывающихся примордиев листьев, что и приводит к изменению листорасположения.

В норме соотношение между различными зонами меристемы должно быть сбалансировано. На модельном растении A. thaliana показано, что этот баланс поддерживает особая зона клеток — организационный центр, где активно экспресси-руется ген WUSHEL (WUS) 2009). Он

относится к семейству гомеобокссодержащих факторов транскрипции ^ОХ. Система регуля-

ции экспрессии гена WUS довольно сложна и состоит из множества компонентов (Х1е et al, 2009). В конечном итоге каждый из них тем или иным способом изменяет экспрессию гена WUS (Быкова и др., 2013). Однако одни из самых важных регуляторов —продукты генов CLAVATA (^К). Продукты генов , и СЬКЗ взаимодействуют по системе лиганд—рецептор, где белки СЕУ1 и СЕУ2 образуют гетеродимер, который служит рецептором для СЕУ3 (Miwa et а1, 2009). Рецептор обладает киназной активностью благодаря белку С1У1. При взаимодействии белков происходит активация киназы, что приводит к запуску регу-ляторного механизма и подавлению экспрессии гена WUS. Следует отметить, что именно увеличение экспрессии WUS приводит к появлению продуктов генов CLAVATA. Таким образом, в клетках меристемы существует сбалансированная система взаимодействующих друг с другом регулятор-ных факторов, которая обеспечивает правильное функционирование меристемы (Уаёау et а1, 2011; Чуб, Синюшин, 2012; РаиНег etа1, 2013).

Под влиянием различных внешних и внутренних факторов может происходить нарушение этого баланса, что в конечном итоге приводит к морфологическим изменениям в меристеме. Например, при повреждении описанной системы генетического контроля может происходить неконтролируемое увеличение числа клеток в меристеме. Пример фасциированных растений — мутанты Arabidopsis по генам СЬК1, СЬК2 и ^КЗ. Наиболее выраженное проявление фасциации наблюдается у мутантных растений сЬЗ, так как они имеют увеличенную ПАМ, вследствие того что домен, в котором экспрессируется WUS, расширяется. А увеличенная экспрессия ^КЗ приводит к преждевременному снижению митотиче-

Рис. 2. Апикальные меристемы побега растений гороха. а — меристема гороха сорта "немчиновский" (через 12 сут после проращивания), б — меристема гороха сорта "штамбовый" (через 12 сут), в — дефасциация меристемы гороха сорта "штамбовый" (через 18 сут). Р — рахис листа, Л — листочки, П — прилистники, М — меристема, Б — формирующаяся бластозона.

ской активности ПАМ (Mayer et al., 1998; Brand etal., 2000; Miwa et al., 2009).

Система генетического контроля ПАМ у P. sativum изучена менее подробно. В то же время получен ряд мутантов с различными степенями проявления фасциации (Синюшин, Гостимский, 2006). Одно из проявлений фасциации — уплощение стебля, вызванное анизотропным ростом ПАМ в двух направлениях. С одной стороны, морфологически можно выделить ось фасциации, проходящую через наибольший диаметр меристемы, с другой стороны, поскольку филлотак-сис у гороха двурядный, можно провести ось через медианы всех листьев (ось филлотаксиса). Однако пространственные корреляции между морфологическими изменениями при фасциации и при становлении филлотаксиса изучены недостаточно.

Цель работы — обнаружить сходства и различия проявления фасциации у растений двух разных семейств A. thaliana и P. sativum.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для анализа использовали растения A. thaliana и P. sativum, в частности две изогенные линии проростков гороха посевного (фасциированный мутант "штамбовый" и дикий тип "немчиновский"), а также две изогенные линии A. Thaliana (мутантная линия clv1-1 и дикий тип Blanes). Растения гороха культивировали на вермикулите при добавлении среды Кнопа. A. thaliana выращивали на 0.8-ной агаризованной среде 1/2 MS.

Для сканирующей электронной микроскопии образцы фиксировали 70%-ным этиловым спиртом, дегидратировали в смесях спиртов и ацетона

Рис. 3. Апикальные меристемы побега растений Arabidopsis thaliana. а — меристема мутанта elvi (через 7 сут), б — меристема мутанта elv3 (через 7 сут). 1—4 — единовременно заложившиеся примордии листьев.

возрастающей концентрации и высушивали методом "критической точки". Образцы клеили на столики с помощью лака или двустороннего скотча. Столики с образцами напыляли сплавом платины и палладия в ионно-распылительной установке IB-3 ION COATER (Eiko, Япония). Напыленные образцы были изучены с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) HITACHI S-405A (Hitachi, Япония) в лаборатории электронной микроскопии биологического факультета МГУ. Также напыленные образцы фотографировали под бинокуляром "Микромед МС 2 Zoom" (Микромед, Россия).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

При морфологическом анализе растений гороха было показано, что у фасциированной линии "штамбовый", начиная с самых ранних из исследованных этапов развития (четвертые сутки выращивания) наблюдается уп

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком