CC BY
20
Jefferson R. Apomixis: a social revolution for agriculture? // Biotechnology Development Monitor. 1994. №.19. P.l 16.
Toenniessen G.H. Feeding the World in the 21st Century: Plant Breeding, Biotechnology and Potential Role of Apomixis // The flowering APOMIXIS: from Mechanisms to Genetic Engineering. - Y.Savidan et al., editors. 2001. Chapter I. P. 1 -7.
Tyrnov V.S. Producing of parthenogenetic forms of maize // Maize Genetics Cooperation Newsletter. 1997. Vol.71. P.73 -74.
Tyrnov V.S., Smolkina Yu., Titovets V.V. Estimation of parthenogenesis frequency on the grounds of genetical and embryological data // Maize Genetics Cooperation Newsletter. 2001. Vol. 75. P.56-57.
УДК 582.988 : 581.163 +576.354.4
ХАРАКТЕР НАРУШЕНИЙ В МУЖСКОЙ ГЕНЕРАТИВНОЙ СФЕРЕ В ДВУХ ПОПУЛЯЦИЯХ АГАМНОГО КОМПЛЕКСА PILOSELLA
А.С.Кашин, Ю.А. Демочко, М.И. Цветова* Саратовский государственный университет им. КГ. Чернышевского * ПИИСХ Юго-Востока
Исследования апомиктичных форм покрытосеменных растений показали, что при автономном апомиксисе нередко наблюдаются явления морфологической редукции цветка. При этом в первую очередь происходят нарушения в развития 1гыльцы, а у некоторых апомиктических видов пыльца вообще не образуется (Хохлов, Зайцева, 1971; Куприянов 1983). Характер процессов, ведущих к образованию дефектных пыльцевых зёрен у разных форм апомиктичных растений чрезвычайно разнообразен (Rutishauser, 1967). Так, у видов рода Hi-eracium в микроспорогенезе отмечали образование диад, нолиад, монад, которые давали начало как диплоидным микроспорам, так и микроспорам с аномальным числом хромосом. У полиплоидных форм отмечали наряду с мульти-валентами униваленты. У некоторых видов полностью отсутствовала коныога-ция, хромосомы в первом делении мейоза претерпевали митогическое деление, давая начало диплоидным дочерним клеткам. В других случаях хромосомы в анафазе 1 расходились произвольно, и дочерние ядра получали разное количество хромосом. Нередко отмечалось возникновение реституционных ядер как в первом, так и во втором делениях мейоза (Gustafsson, 1947). Эти данные получены для видов, которым свойственна диплоспорическая форма апомиксиса. В данной работе приводятся результаты исследования микроспорогенеза у вида Pilosella qfficinarum F. Schultz et Sch. Bip. (синоним Hieracium pilosella L.), для которого характерна апоспория.
Исследование проводилось с целью выяснить, какие особенности микроспорогенеза определяют характеристики пыльцы растений, выявленные ранее (Кашин, Чернышова, 1997).
Материал и методика
Были изучены выборки растений из двух популяций P. officinarum заказника «Алексеевекие дачи» Б.-Карабулакского района, Саратовской области: 22а - с влажного луга и 33а - и:з остепненного сосновог о бора. Популяции находятся друг от друга на расстоянии 3.5 - 4 км. Это - пространство, поросшее широ-колисгвсннм лесом. Условия обитания растений во второй популяции значительно более аридные, чем в первой.
Соцветия фиксировали в ацетоалкоголе (1:3) и хранили в 75% спирте при температуре 6-10° С. Окрашивали материал в 2% ацетокармине после обработки соцветий 4% раствором железо-аммонийных квасцов при И50°С в течение 20 минут и двукратной промывки в дистиллированной воде (по 20 минут). Из окрашенных корзинок препаровальными иглами извлекали цветки, которые после промывки в дистиллированной воде помещали на I час 10 минут в цитазу. После мацерации цветки промывали в воде и готовили мазок в смеси 70% хлоралгидрата и 45% уксусной кислоты, подкрашенной ацетокар-мином.
Результаты и обсуждение
В обеих исследованных популяциях отмечены цветки двух типов. К первому типу относятся гермафродитные цветки, несущие пестик и 5 пыльников. [Дветки второго типа вместо пыльников содержат 5 стаминодиев - плоских образований, но длине равных пыльникам, состоящих из нескольких слоев клеток (рис. 1). При этом в популяции 22а из 15 растений 13 (86,7%) имели цветки со стаминодиями, а в популяции 33а из 11 проанализированных растений цветки со стаминодиями имело лишь одно (9,1%) растение.
В большинстве случаев строение всех проанализированных цветков у одного растения совпадало: все они были гермафродитными или имели пестик и стаминодии (независимо от того, проанализировано одно, два или три соцветия). Но у двух растений из иопуляции 22а отмечено по одному цветку, в стаминодиях которых имелась спорогенная ткань. В одном из них были микро-спороциты на стадиях от лептонемы до тетрад. Число хромосом в них превышало 2х=18. У другого растения стаминодии содержали пыльцевые зёрна, размер которых очень сильно варьировал.
Очевидно, мы наблюдали явление, аналогичное тому, которое наблюдалось у левкоев и тюльпанов, у которых в лепестках, возникших из тычинок, иногда образуются пыльцевые гнёзда, которые вскрываются очень редко и пыльца в которых дегенерирует (Тутаюк, 1980).
В обоеполых цнетках в процессе микроспорогенеза у растений популяции 33а наблюдали большое количество аберраций. В диакинезс часть клеток содержала униваленты (табл.), что является следствием нарушений коньюгации.
2(М
Рис.1. Цветок со стаминодиями. Рис.2. Диакинеч (стрелкой указан крупный бивалент). Рис.3. Телофага I с отставшим унивалентом Рис. 4. Диада с микроядрами Рис.5. Хроматиновыс тяжи в метафазе II. Рис.6 Хроматиновыс тяжи (стрелкой указаны микрохдра. обрачовавшиеся в гелофазе I). Рис.7. ТрСхнолюсное веречено деления в гелофазе 11 (стрелкой укачаны микроядра, образовавшиеся в телофазе I). Рис.8. Отставание в гелофазе II. Рис.9. Микроспора с микроядром. Рис.10. Тетрада с аномальным расположением микроспор. Рис.11 Монада. Рис.12. Продут аномального 11 мейотического деления. (Рис. 3.4. Х280. Рис.2, 5-12. Х630).
В метафазе I часть бивалентов и унивалентов пе включалась в мстафаз-ную пластинку, и иногда они оказывались за пределами веретена деления. В ана-телофазе! чаще всего наблюдались нарушения в расхождении хромосом, причём клеток с отставанием единичных хромосом (рис.3) наблюдалось меньше, чем клеток, в которых хромосомы беспорядочно были разбросаны по веретену деления (табл.), в результате чего образовывались диады с множественными микроядрами (рис.4).
По-видимому, часть микроядер элиминировала ко времени наступления метафазы II, так как число мейоцигов с микроядрами на этой ста-
Частота мейоцитов с нарушениями (%) на разных стадиях мейоза у РИохеИа о/-с'тагит (популяция 33а).
Фаза Аномалия Частота мейоцигов, %
1 2 3
1 « Наличие унивалентов 26,7
га 5 а 8 Свыше 9 бивалентов 1,13
Квадриваленгы 1,13
Нормальные микроспороциты 88,25
л га Й 1-2 унивалента за пределами пластинки * 1,04
Бивалент за пределами пластинки 5,74
Бивалент за пределами веретена 3,65
Биваленты разбросаны по веретену 1,04
_ Нормальные микроспороциты 0,26
га 3 -е- Отставание единичных хромосом 32,86
Разброс хромосом по веретену 41,07
5 Расположение хромосомы на полюсе вне ядра 25,42
н 1 а Неразделившийся бивалент 0,13
К < Дегенерация 0,26
Нормальные микроспороциты 0,26
га Микроядра 20,48
я X Пикноз 78,55
ЬГ Несинхронное расхождение 0,73
Нормальные микроспороциты 0,24
»—< Микроядра 62,26
« 1 -е- Хромосома вне метафазной пластинки 11,28
Тяж хроматина 17,13
н о Хроматиновые глыбки вне метафазной пла- 17,13
2 стинки
Продолжение таблицы
1 2 3
Нормальные микроснороциты 4,67
Н-1 Микроядра 31,68
а Разброс хромосом по веретену деления 36,32
-е- о Мосты** 20,16
и н Хроматиновые тяжи перед расходящимися 2,40
га группами хромосом
< Другие нарушения 1,12
Нормальные тетрады 1,60
С микроядрами 53,05
Триады 39,14
Ч га Пентада 0,18
& Дегенерация 0,18
Ь Отсутствие цитокинеза 3,68
* В этой графе объединены клетки, в которых униваленты находились а) в пределах веретена деления; б) за пределами веретена деления; в) в экваториальной плоскости клетки, но за пределами веретена деления
**В графе объединены клетки с одинарными или двойными мостами, с фрагментами и без таковых
дии снижалось до 11,3%. На стадии метафазы II в части клеток (табл.) наблюдались тяжи хроматина, направленные от метафазной пластинки к полюсу веретена деления, причём в клетке могло быть один или два таких тяжа, и в последнем случае они были направлены в одну или противоположные стороны (рис.5, 6). Эти образования были длиннее остальных хромосом и в анафазе II двигались к полюсу впереди них (рис.6). Возможно, что это - проявление необычного поведения самой большой хромосомы, хорошо выявляемой в диаки-незе (рис. 2).
В ана-телофазе II наблюдали отклонения от обычного хода мейоза: а) в заложении веретена деления, б) в расхождении хромосом, в) в цитокинезе.
В норме в семействе Л.Иегасеае образование тетрад происходит по симультанному типу. Тетрады микроспор имеют тетраэдральную крестообразную форму. Такие течрады образуются в результате заложения в мейоцитс во втором делении мейоза двух перпендикулярно расположенных веретён деления (Сравнительная..., 1987)
В нашем материале в некоторых цветках до 10% мейоцитов содержали параллельные, расположенные в одной плоскости веретёна. Также во втором делении мейоза иногда закладывалось трёхполосное веретено деления (рис.7), что было, по-видимому, причиной образования пентад.
Независимо от взаиморасположения веретён деления, на стадии ана-телофазы II при расхождении хромосом с высокой частотой (табл.) наблюдалось отставание единичных или многих хромосом (рис.8), а также микроядра, образовавшиеся, по-видимому, в ана-тслофазе I (рис. 7). Также на этой фазе мейоза продолжали быть видны «тяжи хроматина», выявившиеся в метафазе II (рис. 6). В результате беспорядочного расхождения хромосом образовывались многочисленные мироспоры с микроядрами (табл), (рис 9). Ко времени наступления первого митоза в пыльцевом зерне микроядра элиминировали.
В некоторых мейоцитах в конце II деления мейоза нарушался цитокинез. В мейоцитах с параллельно расположенными веретёнами наблюдалось необычное заложение борозд деления, и образование тетрад с не свойст венной для As-teraceac конфигурацией (рис.10).
В других же мейоцитах цитокинез отсутствовал полностью, или же не формировались борозды деления, в результате чего образовывались многоядерные монады или совершенно аномальные продукты микроспорогенеза (рис II, 12).
В популяции 22а удалось проанализировать микроспорогенез лишь у одного растения. Частота диад с множественными микроядрами равнялась 42,7%, тетрад с микроядрами - 61,4%. Также отмечены мейоциты с параллельными веретёнами во втором делении мейоза. Всё это свидетельствует о сходстве процессов микроспорогенеза в двух исследованных популяциях.
Выше отмечалось, что у многих апомиктичных форм ход микроспорогенеза резко отличается от такового у половых видов. В результате образуется либо нежизнеспособная пыльца, либо анеуплоидные, диплоидные или полиплоидные пыльцевые зёрна (ПЗ), причём процессы, ведущие к образованию таких ПЗ, чрезвычайно разнообразны (Gustafsson, 1947; Rutishauser, 1967; Richards, 1970; Davis, 1968; Birari, 1980; Quarí, 1996 и др.).
В нашем материале большая часть аномалий связана с нарушениями в расхождении хромосом и неправильным цитокинезом.
Известно, что поведение хромосом в момент расхождения определяется ориентацией их центромер, а невозможность митотического деления центромеры в первом делении мейоза обсспсчивастся «слипанием» микротрубочек, присоединённых к центромерам сестринских хроматид (Dawe, 1998).
Характер цитокинеза определяется архитектоникой микротрубочкового скелета клетки. Известно, что у двудольных образование и рост борозд деления мри цитокинезе начинается в точках у плазмапеммы, где сходятся микротрубочки первичных и вторичных веретён (Васильев, 1996). В нашем материале параллельное заложение веретён во втором делении мейоза определяет необычную форму тетрад (рис.10). В других случаях нарушения цитокинеза были ещё более глубокими (рис.11-12).
Всё это позволяет предположить, что у исследованных нами растений нарушения мейоза определяются нарушениями в поведении микротрубочек веретена деления и их взаимодействия с центромерами хромосом. Генетические последствия наблюдаемых нами явлений требую т дальнейшего исследования.
Литература
Васильев А.Н. Цитоскелет генеративной сферы высших растений // Журн. общ. биол., 1996. Т.57, №5. С.567-590.
Кашин А.С., Чернышова M.II. Частота апомиксиса в популяциях некоторых видов Taraxacum и Hieracium (Asteraceae) //Бот. жури., 1997.- Т. 82, М> 9.-С. 14-24
Куприянов П.Г. Соотносительная роль факторов, вызывающих появление дефектных пыльцевых зёрен у растений в природе // Аломиксис и цитоэм-бриология растений. Саратов, 1983. Вып.5. С.3-33.
Сравнительная эмбриология цветковых растений. Л., 1987,- 391 с
Тутаюк В.Х. Анатомия и морфология растений. 2е изд. М, 1980. 317с.
Хохлов С.С., Зайцева М.И. Опыт определения количества апомиктических видов во флоре окрестностей Саратова антморфологическим методом // Аломиксис и цитоэмбриология растений. Саратов, 1971. Вып. 2. С.25- 40.
Birari S.P. Apomixis and sexuality in Themeda Forssk. at different ploidy levels (Graminae) II Gcnclica (Med), 1980. V.54, № 2. P. 133-139.
Davis Cj.L. Apomixis and abnormal anther development in Calotte Lappilacea Benth. (Compositae) II Auslr. J. Bot., 1968. V.16,№1.P. 1-17.
Dawe R.K. Meiotic chromosome organization and segregation in plants // Annu. Rev. Plant. Physiol. Plant Mol. Biol., 1998. V.49. P. 371-395.
Gustafsson A. Apomixis in higer plants. Part II. The causal aspcct of apomixis. Lunds universitets arsskrift.N.F. Avd. 2, 1947. -Bd.43, №2. S.71-179.
Quari C.L., Po/zobon M.T., Vails J.F.M. Cytology and reproductive behavior of diploid, tetraploid and liexaploid germplasm accessions of a wild forage grass: Pas-palum compressfolium // Euphytica, 1996. V.90, №3. P. 345-349.
Richards A.J. Eutriploid facultative agamospermy in Taraxacum // New Phytol., 1970. V. 69, №3. P.761-774.
Rutishauser A. Fortpllanzungsmodus und Meiose apomiktischer Blutenpflanzen. // Protoplasmologia, 1967. N 3. S. 1-243.
УДК 581.143.6
fOPMOHOíНЕЗАВИСИМОЕ ПРОЯВЛЕНИЕ ЭМБРИОГЕНЕЗА IN VITRO У ПАРТЕНОГЕНЕТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ КУКУРУЗЫ
Т.А.Алаторцева, В.С.Тыриов Саратовский государственный университет им. Н.Г.Чернышевского
Индукция автономного развития яйцеклетки in vitro зависит от многих факторов, включая состав питательных сред, их специфичность для разных видов и этапов культивирования. Обычно среды для индукции каллусо-и эмбриоидогенеза включают различные гормональные добавки в сочетании с углеводами (Yang, Zhou, 1982; Бугара, Русина, 1988; Mukhambetzhanov, 1997; Mol, 1999).
