CC BY
54
Поддубная-Арнольди В.А. Цитоэмбриология покрытосеменных растений. М: Наука. 1976.507 с.
Селиванов А.С. Многозародышевость семян и селекция. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1983.4.1. 84 с.
Хохлов С.С.. Тырнов B.C., Гришина Е.В. и др. Гаплоидия и селекция. М.: Наука. 1976.221 с.
Цветова М.И. Исследование полиэмбрионии у некоторых сортов мягкой пшеницы // Апомиксис и цитоэмбриология растений. Саратов: Изд-во Сарат. унта. 1971. Вып. 2. С.94 - 103.
Maheshwari P., Sachar R .С. Polyembryony // Recent advances in the embryology of angiosperms. Maheshwari P. (ed). 1963. P. 265 - 296.
УДК 581.3
МЕТАМОРФОЗЫ АНТИПОД ПРИ ПСЕВДОГАМНОМ АПОМИКСИСЕ У РОА PRATENSISL.
О.И. Юдакоиа, 1.11 Шакииа Саратовский государственный университет им. Н.Г Чернышевского, г. Саратов
Характерной особенностью аномиктичных популяций является формирование определенного процента зародышевых мешков с различными структурными аномалиями (Ноглер, 1990; Тырнов, Шишкинская, Юдакова, 2000). Их появление связано с нарушением процессов поляризации и дифференциации элементов мегагаметофита. Так, например, изменение «обычного» пути развития клеток яйцевого аппарата нередко приводит к формированию яйцеклеткоподобных синергид, дополнительных яйцеклеток, а в некоторых случаях, и дополнительных полярных ядер. При развитии антиподального комплекса мегагаметофита апомиктов также могут наблюдаться различные аномалии. Однако сведения о них в литературе практически отсутствуют. Возможно, это связано с тем, что исследователи, уделяя особое внимание развитию яйцевого аппарата и центральной клетки, зачастую оставляют вне своего поля зрения антиподальный комплекс. Анализ структуры зародышевых мешков апомиктичпой популяции Роа pratensis L. с использованием ускоренных методов позволил зарегистрировать интересные отклонения и развитии антипод, которые могут служить диагностическими признаками при выявлении апомиксиса.
Материал и методы
Материалом исследования послужила факультативно апомиктичная популяция Роа pratensis, произрастающая на терри тории г.Саратова Фиксацию соцветий проводили ацетоалкоголем (3:1) темпорально в фазе бутона, когда в пыльниках присутствовала одноядерная пыльца, а также во время цветения и
черс-j 1, 2, 3 суток от начала цветения. Структуру женских гаметофитов изучали на препаратах, приготовленных методом ферментативной мацерации завязей с последующей диссекцией семяпочек (Еналеева, Тырнов, Хохлов, 1971). В каждом варианте анализировали не менее 100 зародышевых мешков.
Результаты и обсуждение
Проведенное цитоэмбриологическое исследование показало, что основным способом размножения данной популяции мятлика лугового является псевдогамный апомиксис. Апоархеспоричсскис нередуцированные зародышевые мешки формируются из соматических клеток семяпочки. Количество их в разных семяпочках варьирует or 1 до 5. Наряду с образованием нередуциронанных женских гаметофитов возможно и параллельное развитие половых (редуцированных) зародышевых мешков. Морфологически и половые, и апоархеспорические мегагаметофиты соответствуют Polygonwn-типу.
Как и у подавляющего большинства покрытосеменных растений, в восьмиядерных зародышевых мешках Роа pratensis антиподы дифференцируются одними из первых. На халазальном конце зародышевого мешка сначала формируются три небольшие одноядерные клетки с крупным ядром и густой цитоплазмой. По мере созревания женского гаметофита происходит увеличение как числа антипод, так и количества ДНК в них. Практически сразу после завершения процесса клеткообразования в сформированном зародышевом мешке ядра антипод начинают активно делиться. Эти деления не сопровождаются цитокинезом и привода)' к образованию поиинуклеарных клеток. На завершающем этапе дифференцировки антипод происходит слияние отдельных ядер в одно пп"антское многоядрышковое ядро (рис.1). Число ядрышек в нем может варьировать от 2 до 10 и более. Увеличение количества антипод у исследованного вида происходит за счет того, что при формировании полинуклеарных клеток за делением ядра в редких случаях может последовать цитокинез. Обычно количество антипод в зрелых зародышевых мешках невелико (в среднем 5-8), при этом клетки MoiyT отличаться друг от друга но размеру, объему ядра и количеству ядрышек в нем.
Проведенный анализ показал, что нарушение процессов дифференцировки клеток антиподального комплекса может происходить на разных стадиях гаме гофитогенеза, как в процессе клеткообразования в восьмиядерном зародышевом мешке, гак и во время пролиферации антипод в зрелом мегагаметофите.
Одним из следствий нарушения процессов поляризации и дифференциации элементов зародышевого мешка является формирование из ядра, которое в норме предназначается для антиподальной клетки, дополнительного полярного ядра (рис. 2). Частота зародышевых мешков с тремя полярными ядрами в нашем материале составила 5,4%. Однако появление дополнительного ядра в равной степени может быть связано с нарушением дифференциации элементов как
ft — " " I'm• / I'ii'jwiTUt антипод у 1'чаpruivnsh ;¡ (смсиис ядер и an пит,дальний к кггке. ñ мят пядерпы.- анпиюли; и sfHviit» одноядерная миогоялрышковая знтипола
!'■>■ Чародышешй мешок с: гремя шшрнммн ядрами сии полярные ядра; an лицшомный прешорио: an г - аетшЙлы)
Гис Молодой впсьмиидерный трйдышевый мешок е гремя полярными ядрами и двум* актиподами
антиполы
ШЙтрйплшя .клетка с тремя колярными
ЯДрйМИ
чпценой anftttpui
антиподального комплекса, так и яйцевого аппарата. У апомиктичпых злаков синергиды довольно рано дегенерируют, а антиподы, наоборот, склонны к пролиферации, поэтому при анализе зрелых гаметофитов точно установить,за счет каких структур произошло образование третьего полярного ядра, весьма проблематично. Кроме того, нельзя исключать и возможность дополнительных делений ядер недифференцированного зародышевого мешка. Все же в одном случае нам удалось зафиксировать процесс образования дополнительного полярного ядра из одного из трех ядер халазального конца женского гаметофита. В молодом восьмиядерном зародышевом мешке па микропилярном конце располагался недифференцированный яйцевой аппарат, на халазальном - две одноядерные антиподы, а в центральной клетке - три полярных ядра (рис. 3).
Формирование центральной клетки с дополнительными полярными ядрами может быть одним из механизмов регуляции соотношения отцовского и материнского геномов в эндосперме псевдогамных апомиктов. Развитие третьего полярного ядра за счет нарушения процесса дифференциации яйцевого аппарата может повлечь за собой негативные последствия — отсутствие в зрелом мегагаметофите яйцеклетки или синергиды. Формирование же дополнительного полярного ядра из ядра халазального района зародышевого мешка представляется наиболее оптимальным вариантом. Склонность антипод к эндорепродукции и пролиферации способна компенсировать или восполнить недостающий элемент в зрелом зародышевом мешке.
В антиподальпых комплексах зрелых зародышевых мешков нами были обнаружены клетки с нетипичной морфологией. В одних случаях они напоминали апоархеспорнческие инициапи с крупным одноядрышковым ядром и слабо окрашенной цитоплазмой (рис.4), в других - яйцеклетку. В литературе описаны случаи формирования зародышеподобных структур в антигюдалыюм комплексе у А1ап%шс!ае, Лшегассае, Ве(и1асеае, Моп'пасеае и Гоасеае (Жукова, Батыгина, 1994; Солнцева, 1987). Не исключено, что начало подобным структурам могли дать описанные выше инициальные клетки.
Наиболее интересной аномалией у исследованного вида явилось развитие внутри антиподального комплекса дополнительных зародышевых мешков. Формирование нескольких зародышевых мешков в одной семяпочке при апоархеспорическом типе апомиксиса явление обычное. Для исследованной популяции частота образования таких семяпочек составила 18,9%. Расположение множественных зародышевых мешков относительно друг друга очень разнообразно. Однако «антиподальные» зародышевые мешки (5,7%) не только со всех сторон были окружены антиподами, но и имели меньший по сравнению с другими мегагаметофитамн размер (рис. 5). Как и в соседних зародышевых мешках в них нередко находились партеногепстические зародыши при песливпшхся полярных ядрах. Па основании одного местоположения, конечно, нельзя утверждать, что все подобные мегагаметофиты образовались из клетки антиподального комплекса. Однако в некоторых случаях их происхождение из
1||<мш:.1 i).НЫЛ', fcjli IIU
I l'a'iiíimie и uirraini ia;ibiw« комплексе клегик. диюпшм ¡ародышн и
lIMlLIOni'IIIMM ИНИШИЫЯМ.
мешки
I'm - I'll',ни [Ис (про. äbiuiciii.iN мешки» »iiyrpii aiiniiuaa'ibHi.iN
КОМП АКТОВ > l'on ¡4 illCII\^'
inn шишш: отм 'аитииодальный:» зарндышемый
ML-IIIVK
антипод не оставляет сомнений. Неоднократно мы наблюдали, как небольшой дополнительный зародышевый мешок снизу был прижат к центральной клетке, а по бокам и сверху окружен антиподами. Аналогичное явление ранее было описано лишь у Роа malacantha Кот. (Шишкинская, Юдакова, Тырнов, 2005) и Festuca drymejn Mcrt. et. Koch. (Шишкинская, Бородько, 1987). У мятлика мягкоцветного в антиподальных комплексах были зарегистрированы четырехъядерные и зрелые восьмиядерные зародышевые мешки, а у овсяницы горной вместо одной или двух антипод формировались структуры, по морфологии соответствующие одноядерным и двуядериым зародышевым мешкам. Оба вида, так же как и Роа pratensis, являются факультативными апомиктами.
Формирование инициальных клеток в составе антиподалыюго комплекса и развитие в них зародыша или мегагаметофита, с одной стороны, является предпосылкой к полиэмбрионии, а с другой, создает условия для клеточной селекции, для отбора более жизнеспособных структур и повышения адаптивного потенциала популяции.
Описанные аномалии антипод можно использовать как один из диагностических признаков при выявлении апомиксиса.
Литература
Ноглер I.A. Гаметофитный апомиксис // Эмбриология растений: использование в генетике, селекции и биотехнологии. Т. 2. М., 1990. С. 39-82.
Тырнов B.C., Шишкинская H.A., Юдакова О.И. Структурная изменчивость зрелых женских гаметофитов злаков // Докл. РАЕН. 2000. № 2. С. 44-48.
Еналеева Н.Х., Тырнов B.C., Хохлов С.С. Выделение зародышевых мешков покрытосеменных растений путем мацерации тканей // Цитология и генетика. 1971. Т.6, №5. С. 439-441.
Жукова Г.Я., Батыгина Г.Ь. Антиподы // Эмбриология растений: терминология и концепции. Т.1. СПб., 1994. С. 199-202.
Солнцева М.П. Семейство Asteraceae Н Сравнительная эмбриология цветковых растений. Davidiaceae-Asteraceae. J1.: Наука, 1987. С.318-331.
ШишкинскаП.А., Юдакова О.И., Тырнов B.C. Нопуляционная эмбриология и апомиксис у злаков. Саратов: изд-во Сарат. ун-та, 2005. 176 с.
Шишкинская H.A., Ьородько A.B. Об апомиксисе у овсяницы горной (Festuca drymeja Mert. et. Koch) // Докл. высш. школы. Биол. науки. 1987. №1. С. 84-89'
