ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2004, том 51, № 2, с. 249-255
УДК 581.143.6:638.111
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗЕАТИНА И ЗЕАТИНРИБОЗИДА В ПЕРИОД АКТИВНОСТИ ЯЙЦЕКЛЕТКИ В ЗАВЯЗЯХ РАСТЕНИЙ С ПОЛОВЫМ И АПОМИКТИЧЕСКИМ
ТИПАМИ РЕПРОДУКЦИИ
© 2004 г. М. А. Гусаковская, А. Н. Блинцов
Кафедра физиологии растений биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Москва Поступила в редакцию 07.06.2001 г.
Представлены данные о пространственно-временном распределении зеатина и зеатинрибозида в завязях амфимиктического вида Triticum aestivum L. и апомиктического вида Taraxacum officinale Web. в период от момента выхода яйцеклетки из состояния покоя до момента начала ее первого деления, разделенный на три стадии: 1) отсутствие признаков деления центральной клетки; 2) деление центральной клетки и отсутствие признаков деления яйцеклетки; 3) деление яйцеклетки. Содержание цитокининов определяли с помощью оригинальной модификации ELISA в завязи и четырех ее областях (базальная, медиальная, апикальная и семяпочка). Показано, что по характеру изменения содержания цитокининов в базальной и медиальной областях завязи исследуемых апомиктов и амфи-миктов не отличаются. В апикальной области и в семяпочке динамика изменения соотношения цитокининов у видов с разным типом репродукции существенно различна.
Triticum aestivum - Taraxacum officinale - завязь - пространственно-временное распределение - зеа-тин - зеатинрибозид - иммуноферментный анализ
Среди известных форм воспроизведения живых организмов половое воспроизведение принято считать эволюционно самым продвинутым. Это подтверждает его преобладание у покрытосеменных - высшего отдела растительного царства. Удивительно, однако, что среди наиболее продвинутых таксонов покрытосеменных достаточно распространен феномен апомиксиса - развития яйцеклетки в зародыш без оплодотворения (партеногенез). По мнению Хохлова [1, с. 9], тенденция к отказу от оплодотворения есть прогрессивная тенденция в эволюции покрытосеменных. Вместе с тем, виды, способные к партеногенетическому воспроизведению (апомикты), в той или иной мере сохраняют способность к половому воспроизведению.
Сокращения: ELISA - иммуноферментный анализ (от enzyme-linked immunosorbent assay), Z - зеатин; ZR - зеатинрибозид; u - относительное содержание Z в определенной области завязи; нижний индекс указывает на эту область: б -базальная, м - медиальная, а - апикальная, с - семяпочка; v -относительное содержание ZR в определенной области завязи; t - момент условного времени периода активности яйцеклетки.
Адрес для корреспонденции: Гусаковская Майя Александровна. 119899 Москва, Воробьевы горы, МГУ, биологический факультет, кафедра физиологии растений. Факс: 07 (095) 939-43-09, электронная почта: magegypt@mail.ru
Партеногенез у апомиктов может быть стимулирован естественным или искусственным воздействием (индуцированный партеногенез). Во многих случаях, однако, яйцеклетка приступает к партеногенетическому развитию в зародыш при отсутствии видимых стимулов (автономный партеногенез). Что побуждает неоплодотворенную яйцеклетку к продолжению развития - неясно. Выяснение природы и источника сигнала, побуждающего неоплодотворенную яйцеклетку к делению является одной из наиболее трудных проблем физиологии репродуктивного процесса у покрытосеменных, которая не была решена за более чем столетнее исследование феномена апо-миксиса.
Согласно распространенным представлениям, яйцеклетка покрытосеменных растений по окончании созревания переходит в состояние относительного покоя, вывести из которого ее может, по-видимому, лишь внешний по отношению к ней сигнал, возникающий в цепи трансдукции от момента опыления (амфимикты) или от функционально аналогичного момента (апомикты). Наша работа ограничивается рассмотрением промежутка времени от момента выхода яйцеклетки из покоя до момента начала ее деления (период активности яйцеклетки). В репродуктивном процессе период активности яйцеклетки занимает осо-
бое место, поскольку именно в нем происходят такие события, как двойное оплодотворение (у амфимиктов) и начало эндоспермогенеза (у ам-фимиктов и апомиктов).
Поскольку природа и источник сигнала активизации яйцеклетки также остаются пока неизвестными, определение начала и конца периода активности яйцеклетки на физиологическом уровне сталкивается с трудностями. На морфологическом уровне признаком начала периода можно считать образованием "лузы" - щелевидного межклеточного компартмента между яйцеклеткой и центральной клеткой, в котором у амфимиктов оказываются два спермия перед началом двойного оплодотворения. По мнению ряда исследователей [2, с. 86], луза - необходимый структурный элемент зародышевого мешка любого типа, возникающий на определенной стадии его развития (зрелый зародышевый мешок). Заметим, что луза возникает в зародышевом мешке как амфимиктов, так и апомиктов.
Основываясь на случаях индукции деления не-оплодотворенной яйцеклетки апомиктов путем укола в завязь, в 1921 г. в. НаЪег1ап& [3] высказал гипотезу, которая может быть выражена тремя основными положениями: 1) сигнал инициации яйцеклетки к делению носит гормональный характер; 2) по отношению к семяпочке сигнал является экзогенным, приходящим в нее из завязи по проводящим пучкам; 3) рассматриваемый гормон специфичен, его продуцирует клетка или клетки завязи, подвергающиеся некрозу. Дальнейшие исследования, однако, не подтвердили наличия в завязи специфического некрогормона. В разные периоды репродуктивного процесса в завязи найдены те же гормоны, которые встречаются и в других органах: цитокинины, ауксины, абсцизины, гиббереллины, брассиностероиды и этилен [4, с. 11-15]. Таким образом, если первое положение гипотезы НаЪейапЛ справедливо, то сигнал инициации яйцеклетки к делению, скорее всего, носит характер гормонального ключа - набора известных гормонов в определенных соотношениях. Не исключено, что аналогичный характер имеет сигнал инициации к делению центральной клетки и сигнал активизации центральной клетки и яйцеклетки, инициализирующий образование лузы.
Гипотеза НаЪейапЛ позволяет предполагать гормональную регуляцию основных событий репродуктивного процесса, происходящих в завязи в период активности яйцеклетки. Существует достаточно много данных, говорящих о том, что вне этого периода события находятся под контролем экзогенных и эндогенных гормонов [5]. Показано, например, что в завязи Phalaenopsis shillerana после попадания пыльцы на рыльце начинается ауксинзависимый синтез этилена [6]. Логично
предположить, что гормональный контроль, действующий в завязи вне периода активности яйцеклетки, не прерывается и в этот период. Однако данные, которые могли бы подтвердить это предположение, в литературе практически отсутствуют. Неизвестно, какие именно гормоны присутствуют в завязи, как они распределены по ее областям и меняется ли это распределение от начала периода активности яйцеклетки к его концу. Фактическая база для построения содержательных гипотез о механизмах гормональной регуляции основных событий репродуктивного процесса в завязи в период активности яйцеклетки отсутствует.
Особый интерес представляет вопрос о наличии, содержании и измении содержания в завязи, семяпочке, нуцеллусе и зародышевом мешке ци-токининов, поскольку цитокинины способны инициировать синтез ДНК [7, с. 371]. Главным центром продуцирования цитокининов являются корни. Однако митотически активные клетки многих растительных тканей способны продуцировать цитокинины. Таковы, возможно, антиподы у T. aestivum, число которых в зародышевом мешке достигает 20-30 за 3 дня до цветения, после чего они полиплоидизируются и дегенерируют спустя 3-4 дня после цветения, когда в эндосперме начинается процесс образования клеток [8]. Хорошо известно наличие сравнительно большого количества цитокининов в незрелом эндосперме Cocos [7]. Деления ядер эндосперма у некоторых видов имеют определенную пространственную организацию ("митотические волны"), хорошо выраженную у риса и пшеницы спустя 48 ч после оплодотворения [9, с. 30-32, 10]. По мнению Nut-man [11], инициализация волн митозов осуществляется гормонами, поступающими от антипод.
Ранее нами было показано, что специфика апомиксиса находит отражение в морфометриче-ских особенностях пространственно-временной организации онтогенеза зародышевого мешка [12, с. 193].
Цель нашей работы состояла в выявлении сходства и различия пространственно-временного распределения активной и связанной форм цитокининов в завязях амфимиктического вида Triticum aestivum L. и апомиктического вида Taraxacum officinale Web. в период активности яйцеклетки.
МЕТОДИКА
В качестве объектов исследования были выбраны амфимиктический вид Triticum aestivum L. (пшеница), размножающийся половым путем, и апомиктический вид Taraxacum officinale Web. (одуванчик), размножающийся путем автономного партеногенеза, не связанного с псевдогамией.
Пшеница. Семена пшеницы сорта "Саратов-ская-29" проращивали в теплице и перед посевом подвергали отбору на однородность. Растения выращивали при контролируемых условиях: 18-20°С днем, 14-16°С ночью, при продолжительности светового дня 16-18 ч. В качестве исходного материала брали колосья во время пыления. В колосьях брали колоски из средней части, в колоске брали два нижних цветка, распределяя их по внешним признакам развития на три группы. К первой группе относили цветки со зрелыми, готовыми к раскрытию, но еще не раскрывшимися пыльниками, что соответствует первой стадии активности яйцеклетки. Ко второй группе относили цветки с раскрывшимися пыльниками без признаков увядания, что соответствует второй стадии указанного периода. К третьей группе относили цветки с раскрывшимися пыльниками, с признаками увядания, что соответствует третьей стадии того же периода. Выборочный морфологический контроль завязей и зародышевых мешков, проведенный по традиционной методике [13, с 741, 746; 14, с. 77-120] подтвердил соответствие групп указанным стадиям.
Завязи каждой группы отделяли от цветков и выделяли из них семяпочки. Далее завязь рассекал
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.