ISSN 0564-3783  



Головна
Контакти
Архів  
Тематика журналу
Підписка
До уваги авторів
Редколегія
Мобільна версія


In English

Export citations
UNIMARC
BibTeX
RIS





Ендогенні фітогормони гаметофітів папороті Polystichum aculeatum (L.) Roth на різних етапах морфогенезу в культурі in vitro

Косаківська І.В., Васюк В.А., Войтенко Л.В., Щербатюк М.М., Романенко К.О., Бабенко Л.М.

Оригінальна работа 




Методом високоефективної рідинної хроматографії визначено вміст індоліл-3-оцтової (ІОК), гіберелової (ГК3), абсцизової (АБК) кислот і цитокінінів – зеатину (З), зеатинглюкозиду (ЗГ), зеатинрибозиду (ЗР), ізопентеніладеніну (іП) та ізопентеніладенозину (іПА) в гаметофітах папороті Polystichum aculeatum на різних етапах морфогенезу в культурі in vitro. На етапі розвитку лопаткоподібного проталія гаметофіти містили значні кількості ГК3 та ІОК, тоді як вміст АБК та цитокінінів був низьким. Серед цитокінінів домінувала неактивна форма – ЗГ та активний іП. На етапі утворення серцеподібного талому рівень ГК3 збільшився в 1,6, ІОК – у 2,4, АБК – в 1,7 рази. Вміст неактивного іПА збільшився вдвічі, значно зросла кількість активних ЗР та іП. На етапі розвитку спорофіта на поверхні талому відбулося зменшення рівнів ІОК, АБК та ГК3. Зафіксовано накопичення неактивного ЗГ і зменшення вмісту активних зеатину і зеатинрибозиду. На всіх етапах морфогенезу гаметофітів переважала ГК3, найбільший вміст якої виявлено у період розвитку архегоніїв та антеридіїв. Характер акумуляції гіберелової кислоти і зеатинрибозиду засвідчили ключову роль цих гормонів у регуляції ростових процесів та розвиткові репродуктивних структур гаметофіта P. aculeatum.

РЕЗЮМЕ. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии определено содержание индолил-3-уксусной (ИУК), гибберелловой (ГК3), абсцизовой (АБК) кислот и цитокининов – зеатина (З), зеатинглюкозида (ЗГ), зеатинрибозида (ЗР), изо-пентениладенина (иП) и изопентениладенозина (иПА) в гаметофитах папоротника Polystichum aculeatum на разных этапах морфогенеза в культуре in vitro. На этапе развития лопаткоподобного проталия гаметофиты содержали значительные количества ГК3 и ИУК, тогда как уровень АБК и цитокининов был низким. Среди цитокининов доминировали неактивная форма ЗГ и активная – иП. На этапе образования сердцевидного талома уровень ГК3 увеличился в 1,6, ИУК – в 2,4, АБК – в 1,7 раза. Содержание неактивной иПА возросло вдвое, значительно увеличилось количество активных ЗР и иП. На этапе развития спорофита на поверхности талома гаметофита произошло уменьшение количества ИУК, АБК и ГК3. Зафиксировано накопления неактивного ЗГ и уменьшение содержания активных зеатина и зеатинрибозида. На всех этапах морфогенеза гаметофита преобладала ГК3, наибольшее количество которой обнаружено в период развития архегониев и антеридиев. Характер аккумуляции гибберелловой кислоты и зеатинрибозида показали ключевую роль этих гормонов в регуляции ростовых процессов и развитии репродуктивных структур гаметофита P. aculeatum.

Ключові слова: Polystichum aculeatum, фітогормони, гаметофіт, морфогенез, культура in vitro

Цитологія і генетика 2020, том 54, № 1, C. 33-41

  • Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного Національної Академії наук України, Київ

E-mail: irynakosakivska gmail.com, valentynavasyuk gmail.com, lesyavoytenko gmail.com, chrom.botany ukr.net, katerynaromanenko4 gmail.com, lilia.babenko gmail.com

Косаківська І.В., Васюк В.А., Войтенко Л.В., Щербатюк М.М., Романенко К.О., Бабенко Л.М. Ендогенні фітогормони гаметофітів папороті Polystichum aculeatum (L.) Roth на різних етапах морфогенезу в культурі in vitro, Цитологія і генетика., 2020, том 54, № 1, C. 33-41.

В "Cytology and Genetics". Якщо тільки можливо, цитуйте статтю по нашій англомовній версії:
I. V. Kosakivska, V. A. Vasyuk, L. V. Voytenko, M. M. Shcherbatiuk, K. O. Romanenko & L. M. Babenko Endogenous Phytohormones of Fern Polystichum aculeatum (L.) Roth Gametophytes at Different Stages of Morphogenesis in vitro Culture, Cytol Genet., 2020, vol. 54, no. 1, pp. 23–30
DOI: 10.3103/S0095452720010089


Посилання

1. Raghavan, V., Developmental Biology of Fern Gametophytes, Cambridge: University Press, 1989.

2. Menéndez, V., Arbesu, R., Somer, M., Revilla, A., and Fernández, H., From spore to sporophyte: how to proceed in vitro, in Working with Ferns: Issues and Applications, Fernandez, H., Kumar, A., and Revilla, A., Eds., New York: Springer, 2011, pp. 97–110. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-7162-3_7

3. Banks, J.A., Gametophyte development in ferns, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 1999, vol. 50, pp. 163–186. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.50.1.163

4. Kosakivska, I.V., Babenko, L.M., Shcherbatiuk, M.M., Vedenicheva, N.P., Voytenko, L.V., and Vasyuk, V.A., Phytohormones during growth and development of Polypodiophyta, Adv.Biol. Earth Sci., 2016, vol. 1, no. 1, pp. 26–44.

5. Cheng, Y. and Zhao, Y., A role for auxin in flower development, J. Integr. Plant Biol., 2007, vol. 49, pp. 99–104. https://doi.org/10.1111/j.1672-9072.2007.00412.x

6. Korasick, D.A., Enders, T.A., and Strader, L.C., Auxin biosynthesis and storage forms, J. Exp. Bot., 2013, vol. 64, no. 9, pp. 2541–2555. https://doi.org/10.1093/jxb/ert080

7. Ludwig-Muller, J., Auxin conjugates: their role for plant development and in the evolution of land plants, J. Exp. Bot., 2011, vol. 62, no. 6, pp. 1757–1773. https://doi.org/10.1093/jxb/erq412

8. Mano, Y. and Nemoto, K., The pathway of auxin bio synthesis in plants, J. Exp. Bot., 2012, vol. 63, no. 8, pp. 2853–2872. https://doi.org/10.1093/jxb/ers091

9. Teale, W.D., Paponov, I.A., and Palme, K., Auxin in action: signalling, transport and the control of plant growth and development, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 2006, vol. 7, no. 11, pp. 847–859. https://doi.org/10.1038/nrm2020

10. Gantait, S., Sinniah, U.R., Ali, M.N., and Sahu, N.C., Gibberellins —a multifaceted hormone in plant growth regulatory network, Curr. Protein Pept. Sci., 2015, vol. 16, no. 5, pp. 406–412. https://doi.org/10.2174/1389203716666150330125439

11. Wybouw, B. and De Rybel, B., Cytokinin, a developing story, Trends Plant Sci., 2019, vol. 24, no. 2, pp. 177–185. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2018.10.012

12. Vishwakarma, K., Upadhyay, N., Kumar, N., Yadav, G., Singh, J., Mishra, R., Kumar, V., Verma, R., Upadhyay, R.G., Pandey, M., and Sharma, S., Abscisic acid signaling and abiotic stress tolerance in plants: a review on current knowledge and future prospects, Front. Plant Sci., 2017, vol. 8, pp. 161–173. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00161

13. Finkelstein, R., Reeves, W., Ariizumi, T., and Steber, C., Molecular aspects of seed dormancy, Annu. Rev. Plant Biol., 2008, vol. 59, pp. 387–415. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.59.032607.092740

14. Harris, J., Abscisic acid: hidden architect of root system structure, Plants, 2015, vol. 4, pp. 548–572. https://doi.org/10.3390/plants4030548

15. Rasool, R., Kamili, A., Masood, A., Ganai, B., and Akbar, S., Synergistic effect of auxins and cytokinins on propagation of Artemisia amygdalina (Asteraceae), a critically endangered plant of Kashmir, Pak. J. Bot., 2013, vol. 45, no. 2, pp. 629–634.

16. Zia, M., Riaz-ur-Rehman, and Chaudhary, M.F., Hormonal regulation for callogenesis and organogenesis of Artemisia absinthium L., Afr. J. Biotechnol., 2007, vol. 6, no. 16, pp. 1874–1878.

17. Albaum, H.G., Inhibitions due to growth hormones in fern Prothallium,Am. J. Bot., 1938, vol. 25, pp. 124–133.

18. Atallah, N.M. and Banks, J.A., Reproduction and the pheromonal regulation of sex type in fern gametophytes, Front. Plant Sci., 2015, vol. 6, pp. 100–107. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00100

19. Yamane, H., Fern antheridiogens, Int. Rev. Cytol., 1998, vol. 184, pp. 1–32.https://doi.org/10.1016/S0074-7696

20. Tanaka, J., Yano, K., Aya, K., Hirano, K., Takehara, S., Koketsu, E., Ordonio, R.L., Park, S.H., Nakajima, M., Ueguchi-Tanaka, M., and Matsuoka, M., Antheridiogen determines sex in ferns via a spatiotemporally split gibberellin synthesis pathway, Science, 2014, vol. 346, no. 6208, pp. 469–473. https://doi.org/10.1126/science.1259923

21. Chiou, W.L. and Farrar, D.R., Antheridiogen production and response in Polypodiaceae species, Am. J. Bot., 1997, vol. 84, no. 5, pp. 633–640.https://doi.org/10.2307/2445900

22. Furber, M., Kraft-Klaunzer, P., Mander, L.N., Pour, M., Yamane, H., Yamauchi, T., and Murofushi, N., Synthesis and structure determination of gibberellins derived antheridiogens from fern gametophytes of the Lygodium genus, Austr. J. Chem., 1995, vol. 48, pp. 427–444.https://doi.org/10.1071/CH9950427

23. Furber, M., Lewis, N., and Graham, L.P., New synthesis pathways from gibberellins to antheridiogens isolated from tree fern genus, Anemia,J. Org. Chem., 1990, vol. 55, no. 16, pp. 4860–4870.

24. Korpelainen, H., Labile sex expression in plants, Biol. Rev., 1998, vol. 73, pp. 157–180.https://doi.org/10.1111/j.1469-185X.1997.tb00028.x

25. Menéndez, V., Abul, Y., Bohanec, B., Lafont, F., and Fernández, H., The effect of exogenous and endogenous phytohormones on the in vitro development of gametophyte and sporophyte in Asplenium nidus L., Acta Physiol. Plant., 2011, vol. 33, pp. 2493–2500. https://doi.org/10.1007/s11738-011-0794-9

26. Menéndez, V., Villacorta, N.F., Revilla, M.A., Gotor, V., Bernard, P., and Fernandez, H., Exogenous and endogenous growth regulators on apogamy in Dryopteris affnis (Lowe) Frasser-Jenkins, Plant Cell Rep., 2006, vol. 25, no. 2, pp. 85–91. https://doi.org/10.1007/s00299-005-0041-1

27. Menéndez, V., Revilla, M.A., Bernard, P., Gotor, V., and Fernandez, H., Gibberellins and antheridiogen on sex in Blechnum spicant L., Plant Cell Rep., 2006, vol. 25, pp. 1104–1110. https://doi.org/10.1007/s00299-006-0149-y

28. Menéndez, V., Revilla, M.A., Fal, M.A., and Fernández, H., The effect of cytokinins on growth and sexual organ development in the gametophyte of Blechnum spicant L., Plant Cell Tiss. Organ. Cult., 2009, vol. 96, pp. 245–250. https://doi.org/10.1007/s11240-008-9481-y

29. Cheng, C.Y. and Schraudolf, H., Nachweis von abscisinsaure in sporen und jungen Prothallien von Anemia phyllitidis L. Sw., Zeitschrift fur Pflanzenphysiologie, 1974, vol. 71, pp. 366–369. https://doi.org/10.1016/S0044-328

30. Bürcky, K., Das Vorkommen von Abscisin saure in Anemia phyllitidis L. Sw. (Schizaeaceae) wahrencl cler Sporenreifung, Zeitschrift fur Pflanzenphysiologie, 1977, vol. 85, no. 2, pp. 181–183.https://doi.org/10.1016/S0044-328X(77)80294-8

31. Hickok, L.G., Abscisic acid resistant mutants in the fern Ceratopteris: characterization and genetic analysis, Can. J. Bot., 1985, vol. 63, pp.1582–1585.https://doi.org/10.1139/b85-220

32. Warne, T.R. and Hickok, L.G., Control of sexual development in gametophytes of Ceratopteris richardii: antheridiogen and abscisic acid, Bot. Gaz., 1991, vol. 152, pp. 148–153. https://doi.org/10.1086/337874

33. Hickok, L.G., Abscisic acid blocks antheridiogen induced antheridium formation in gametophytes of the fern Ceratopteris, Can. J. Bot., 1983, vol. 61, pp. 888–892.https://doi.org/10.1139/b83-098

34. Voytenko, L.V. and Kosakivska, I.V., Peculiarities of the accumulation and distribution of indole-3-acetic and abscisic acids in the organs of sporophyte of wild fern Polystichum aculeatum (L.) Roth. at different phenological phases of development, Dopov. Natl. Acad. Sci. Ukr., 2017, vol. 12, pp. 112–118. https://doi.org/10.15407/dopovidi2017.12.112

35. Babenko, L.M., Romanenko, K.O., Shcherbatiuk, M.M., Vasheka, O.V., Romanenko, P.O., Negretsky, V.A., and Kosakivska, I.V., Effects of exogenous phytohormones on spore germination and morphogenesis of Polystichum aculeatum (L.) Roth gametophyte in vitro culture, Cytol. Genet., 2018, vol. 52, no. 2, pp. 117–126.https://doi.org/10.3103/S0095452718020032

36. Dobrev, P.I. and Vankova, R., Quantification of abscisic acid, cytokinin, and auxin content in salt-stressed plant tissues, in Plant Salt Tolerance. Methods in Molecular Biology (Methods and Protocols), Shabala, S. and Cuin, T., Eds., Totowa, N.J.: Humana Press, 2012, vol. 913, pp. 2251–2261. https://doi.org/10.1007/978-1-61779-986-0_17

37. Kiran, N.S., Benkova, E., Rekova, A., Dubova, J., Malbeck, J., Palme, K., and Brzobohaty, B., Retargeting a maize -glucosidase to the vacuole-evidence from intact plants that zeatin-O-glucoside is stored in the vacuole, Phytochemistry, 2012, vol. 79, pp. 67–77. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2012.03.012

38. Sassi, M. and Vernoux, T., Auxin and self-organization at the shoot apical meristem, J. Exp. Bot., 2013, vol. 64, no. 9, pp. 2579–2592. https://doi.org/10.1093/jxb/ert101

39. Simm, S., Scharf, K.-D., Jegadeesan, S., Chiusano, M.L., Firon, N., and Schleiff, E., Survey of genes involved in biosynthesis, transport, and signaling of phytohormones with focus on Solanum lycopersicum,Bioinform. Biol. Insights, 2016, vol. 10, pp. 185–207. https://doi.org/10.4137/BBI.S38425

40. Valledor, L., Menendez, V., Canal, M.J., Revilla, A., and Fernandez, H., Proteomic approaches to sexual development mediated by antheridiogen in the fern Blechnum spicant L., Proteomics, 2014, vol. 14, nos. 17–18, pp. 2061–2071. https://doi.org/10.1002/pmic.201300166

41. Kazmerczak, A., Ethylene is a positive regulation for GA3-induced male sex in Anemia phyllitidis gametophytes, Plant Cell Rep., 2003, vol. 22, no. 5, pp. 295–302.https://doi.org/10.1007/s10535-007-0143-4

42. Banks, J.A., Mutations affecting the sexual phenotype of the Ceratopteris richardii gametophyte, J. Cell Biochem., 1993, suppl. 17 B, pp. 13–26.

43. Nakanishi, K., Endo, M., Naef, U., and Johnson, L.F., Structure of the antheridium-inducing factor of the fern Anemia phyllitidis, J. Am. Chem. Soc., 1971, vol. 93, no. 21, pp. 5579–5581.https://doi.org/10.1021/ja00750a047

44. Schafer, M., Brutting, C., Meza-Canales, I.D., Grokinsky, D.K., Vankova, R., Baldwin, I.T., and Meldau, S., The role of cis-zeatin-type cytokinins in plant growth regulation and mediating responses to environmental interactions, J. Exp. Bot., 2015, vol. 66, no. 16, pp. 4873–4884.https://doi.org/10.1093/jxb/erv214

45. Schaller, G.E., Street, I.H., and Kieber, J.J., Cytokinin and the cell cycle, Curr. Opin. Plant Biol., 2014, vol. 21, pp. 7–15.

46. Letham, D.S., Cytokinins as phytohormones—sites of biosynthesis, translocation and function of translocated cytokinin, in Cytokinins: Chemistry, Activity and Function, Mok, D.W.S. and Mok, M.C., Eds., Boca Raton, Florida: CRC Press, 1994, pp. 57–80.

47. Nakazawa, S., Morphogenesis of the fern protonema. II. Modification of the apical differentiation in Dryopteris affected by IAA, Protoplasma, 1959, vol. 52, no. 1, pp. 1–4.https://doi.org/10.1007/BF02665680

48. Kwa, S.H., Wee, Y.C., Lim, T.M., and Kumar, P.P., Morphogenetic plasticity of callus reinitiated from cell suspension cultures of the fern Platycerium coronarium, Plant Cell Tissue Organ. Cult., 1997, vol. 48, pp. 37–44.https://doi.org/10.1023/A:1005756822370

49. Chia, S.G.E. and Raghavan, V., Abscisic acid effects on spore germination and protonemal growth in the fern Mohria caffrorum, New Phytol., 1982, vol. 92, pp. 31–37.https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.1982.tb03360.x

50. Bonomo, M.C., Martinez, O.G., Tanco, M.E., Cardozo, R., and Aviles, Z., Spores germination and gametophytes of Alsophila odonelliana (Cyatheaceae) in different sterile media, Phyton (Buenos Aires), 2013, vol. 82, pp. 119–126.

51. Greer, G.K., Dietrich, M.A., DeVol, J.A., and Rebert, A., The effects of exogenous cytokinin on the morphology and gender expression of Osmunda regalis gametophytes, Am. Fern J., 2012, vol. 102, pp. 32–46.https://doi.org/10.1640/0002-8444-102.1.32

52. Spiro, M.D., Torabi, B., and Cornell, C.N., Cytokinins induce photomorphogenic development in dark grown gametophytes of Ceratopteris richardii,Plant Cell Physiol., 2004, vol. 45, pp. 1252–1260. https://doi.org/10.1093/pcp/pch146

53. Miller, P.M., Sweet, H.C., and Miller, J.H., Growth Regulation by Ethylene in Fern Gametophytes. I. Effects on protonemal and rhizoidal growth and interaction with auxin, Am. J. Bot., 1970, vol. 57, no. 2, pp. 212–217.

Copyright© ICBGE 2002-2021 Coded & Designed by Volodymyr Duplij Modified 24.09.21