Двойное оплодотворение у покрытосеменных: Двойное оплодотворение — это… Что такое Двойное оплодотворение?

5. Двойное оплодотворение цветковых растений

Суть двойного оплодотворения у цветковых растений заключается в том, что  в нём участвуют два спермия. Один из них оплодотворяет яйцеклетку, и образуется зигота. Второй спермий сливается с центральной клеткой, из которой развивается запасающая ткань (эндосперм).

 

В зиготе формируется двойной набор хромосом, а в будущем эндосперме — тройной.

 

 

Оплодотворению у цветковых растений предшествует формирование гаметофитов.

  

Мужской гаметофит (пыльцевое зерно) образуется в пыльцевых камерах пыльников тычинки из микроспоры.

 

Пыльцевое зерно состоит из двух гаплоидных клеток: вегетативной и генеративной, покрытых оболочкой.

 

Образование женского гаметофита (зародышевого мешка) происходит в завязи пестика в семязачатке из мегаспоры.

 

В состав зародышевого мешка входит семь клеток: гаплоидная яйцеклетка, центральная диплоидная клетка и пять вспомогательных гаплоидных клеток.

 

Когда пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика, вегетативная клетка начинает делиться и образует пыльцевую трубку. Пыльцевая трубка прорастает через столбик пестика и проникает в семязачаток через пыльцевход.

 

Генеративная клетка пыльцевого зерна делится и образует два спермия. По пыльцевой трубке спермии проникают в семязачаток. Один спермий сливается с яйцеклеткой и образует диплоидную зиготу. Второй спермий сливается с центральной клеткой и образует триплоидную клетку.

 

Зигота делится, и развивается в зародыш нового растения. Из триплоидной клетки формируется эндосперм. Стенки семязачатка становятся семенной кожурой. Таким образом, семязачаток становится семенем.

Двойное оплодотворение у цветковых, или покрытосеменных

☰

Цветковые (покрытосеменные) растения относятся к семенным растениям (наряду с голосеменными) и, следовательно, половое размножение у них осуществляется с помощью семян. При этом только у цветковых растений при половом размножении наблюдается такое явление как двойное оплодотворение. Оно было открыто в 1898 г. ученым С. Навашиным.

Суть двойного оплодотворения заключается в том, что у цветковых растений в оплодотворении участвуют два спермия. Один из них оплодотворяет яйцеклетку, в результате чего образуется зигота. Второй спермий оплодотворяет так называемую центральную клетку, из которой развивается запасающая ткань (эндосперм). При этом в зиготе восстанавливается двойной набор хромосом, а в будущем эндосперме — тройной (что уникально). Ниже процесс двойного оплодотворения у цветковых растений описан более подробно.

В тычинках, в их пыльцевых мешках, созревают пыльцевые зерна. Каждое пыльцевое зерно содержит две клетки:

вегетативную и генеративную.

В завязи пестика развивается семязачаток (один, несколько или множество в зависимости от вида растения). Внутри семязачатка в результате деления образуются восемь клеток, содержащих одинарный набор хромосом (гаметофит). Две из этих клеток сливаются и образуется центральная клетка. Другая одна из этих клеток становится яйцеклеткой.

Когда пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика, вегетативная клетка зерна начинает делится и образует пыльцевую трубку, которая прорастает через ткани пестика и проникает в семязачаток. Для этого в семезачатке есть специальное отверстие — пыльцевход.

Генеративная клетка пыльцевого зерна делится и образует два спермия. По пыльцевой трубке они проникают в семязачаток. Одни спермий оплодотворяет яйцеклетку, образуется зигота, содержащая двойной набор хромосом. Второй спермий сливается с центральной клеткой, в результате получается

клетка с тройным набором хромосом.

В результате многочисленных делений зигота развивается в зародыш нового растения. В результате деления центральной клетки формируется эндосперм (питательная ткань для зародыша). Стенки семязачатка становятся семенной кожурой. Таким образом, семязачаток становится семенем.

Завязь пестика преобразуется в плод. Иногда в образовании плода участвует не только завязь, но и другие части цветка. Плод является своеобразным приспособлением цветковых растений к распространению семян. Разнообразие возможных способов распространения (с помощью животных, ветра, воды, саморазбрасыванием) породило огромное разнообразие плодов покрытосеменных растений.

ДВОЙНОЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ — это… Что такое ДВОЙНОЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ?

ДВОЙНОЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ

ДВОЙНОЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ — свойственно только цветковым растениям. При двойном оплодотворении один из спермиев сливается с яйцеклеткой, а второй — с центральной клеткой зародышевого мешка. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается зародыш, из центральной клетки — вторичный эндосперм семени, содержащий питательные вещества. Открыто в 1898 С. Г. Навашиным.

Большой Энциклопедический словарь. 2000.

• ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ
• ДВОЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЛОЙ

Смотреть что такое «ДВОЙНОЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ» в других словарях:

• ДВОЙНОЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ — тип полового процесса, свойственный только цветковым растениям. Открыто в 1898 С. Г. Навашиным у лилейных. Д. о. заключается в том, что при формировании семени оплодотворяется не только яйцеклетка, но и центр, ядро зародышевого мешка. Из зиготы… …   Биологический энциклопедический словарь

• двойное оплодотворение — Тип полового процесса, характерный для цветковых растений: один из спермиев оплодотворяет яйцеклетку, а другой (из той же пыльцевой трубки) оплодотворяет центральное ядро зародышевого мешка, в результате первого процесса образуется диплоидная… …   Справочник технического переводчика

• Двойное оплодотворение —         половой процесс у покрытосеменных растений, при котором оплодотворяются как яйцеклетка, так и центральная клетка зародышевого мешка (См. Зародышевый мешок). Д. о. открыл русский учёный С. Г. Навашин в 1898 на 2 видах растений лилии… …   Большая советская энциклопедия

• двойное оплодотворение — свойственно только цветковым растениям. При двойном оплодотворении один из спермиев сливается с яйцеклеткой, а второй  с центральной клеткой зародышевого мешка. Из оплодотворённой яйцеклетки развивается зародыш, из центральной клетки  вторичный… …   Энциклопедический словарь

• двойное оплодотворение — double fertilization двойное оплодотворение. Тип полового процесса, характерный для цветковых растений: один из спермиев оплодотворяет яйцеклетку, а другой (из той же пыльцевой трубки <pollen tube>) оплодотворяет центральное ядро… …   Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

• ДВОЙНОЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ — свойственно только цветковым р ниям. При Д. о. один из спермиев сливается с яйцеклеткой, а второй с центр. клеткой зародышевого мешка. Из оплодотворённой яйцеклетки развивается зародыш, из центр. клетки вторичный эндосперм семени, содержащий… …   Естествознание. Энциклопедический словарь

• двойное оплодотворение — процесс оплодотворения, происходящий у покрытосеменных растений, в котором принимают участие оба образующихся спермия. Один из них сливается с яйцеклеткой, второй – с центральной диплоидной клеткой зародышевого мешка. Открыто С. Г. Навашиным в… …   Анатомия и морфология растений

• ДВОЙНОЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ

  — половой процесс у покрытосеменных, заключающийся в слиянии одной мужской гаметы пыльценой трубки (спермия) с яйцеклеткой зародышевого мешка, а второй мужской гаметы с вторичным ядром зародышевого мешка …   Словарь ботанических терминов

• двойное оплодотворение по навашину — ЭМБРИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ ДВОЙНОЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ ПО НАВАШИНУ – слияние яйцеклетки и спермия с образованием зиготы (2п) и одновременное слияние другого спермия и двойного ядра с образованием первичного ядра эндосперма (3п). Характерная особенность всех …   Общая эмбриология: Терминологический словарь

• ОПЛОДОТВОРЕНИЕ — сингамия, слияние мужской половой клетки (сперматозоид, спермий) с женской (яйцо, яйцеклетка), приводящее к образованию зиготы, края даёт начало новому организму. Уживотных О. предшествует осеменение. В процессе О. осуществляются активация яйца,… …   Биологический энциклопедический словарь

Двойное оплодотворение | Дистанционные уроки

24-Дек-2012 | Нет комментариев | Лолита Окольнова

У покрытосеменных, цветковых растений уникальный процесс оплодотворения. Именно уникальный. Ни один другой живой организм не проходит через процесс, который биологи называют «Двойное Оплодотворение«.

 

 

Если на одном растении развиваются женские гаметы, а на другом — мужские, то такие растения называют двудомными. «2 в 1» — однодомные.

 

На женском гаметофите в семязачатке развивается мегаспора — женская половая клетка, которая формируется в завязи пестика.

 

Спорогенная клетка (2n) сначала делится митозом. Образуются мегаспороциты (2n). Затем они делятся мейозом,  образуются   гаплоидные (1n) клетки  — мегаспоры. У большинства видов 3 из этих клеток редуцируются и остается одна мегаспора.

 

Она развивается и ее ядро 3 раза делится митозом. Образуются 8 гаплоидных ядра, которые находятся в цитоплазме одной клетки. 6 ядер смещаются к краям семязачатка, 2 ядра остаются в центре клетки.

 

• Два слившихся ядра образуют центральное ядро,
• остающиеся на полюсах ядра превращаются в клетки:
   — антиподы (1n),
  — яйцеклетку (1n), 
   — синергиды (1n)
• формируется женский гаметофит, или зародышевый мешок

 

 

 

Мужские половые клетки — микроспоры.

 

В состав пыльцевого зерна входят 2 клетки:

 

• вегетативная клетка, которая в будущем формирует пыльцевую трубку и
• генеративная клетка, которая в будущем митозом образует 2 спермия.

 

 

 

Опыление — процесс переноса пыльцы с пыльников тычинок цветка на рыльце пестика

 

Пыльцевой зерно попадает на рыльце пестика, образующаяся пыльцевая трубка начинает прорастать внутрь столбика, стремясь к завязи. Когда пыльцевая трубка достигает зародышевого мешка, генеративная клетка образует 2 спермия. Один из спермиев оплодотворяет яйцеклетку, образуется зародыш. Второй  спермий сливается с двумя ядрами в середине, образуя триплойдную клетку (3n) — эндосперм. Это и есть двойное оплодотворение.

 

Процесс двойного оплодотворения был открыт С.Г. Навашиным в 1898 г

 

Последовательность этапов этого процесса можно свести к схеме:

 

(такой вопрос часто встречается в части B ЕГЭ)

 

 

• после оплодотворения семязачаток превращается в семя 
• завязь превращается в
  плод,
• из зиготы — зародыш семени
• из покровов семязачатка формируется семенная кожура.

 

Значение двойного оплодотворения

 

В семенах очень бы­стро (опережая развитие зародыша) образуются питательные ткани с запасом высокоэнергетических пита­тельных веществ только после опло­дотворения. У цветковых растений при развитии семязачатков не тра­тится время на создание питатель­ных веществ, как у голосеменных ра­стений, поэтому развиваются они гораздо быстрее. Таким образом, благодаря двойному оплодотворению ускоря­ется процесс формирования и семяпочки, и яйцеклетки, и семени

 

У голосеменных в оплодотворении участвует один спермий и эндосперм возникает до оплодотворения в результате деления мегаспоры, т.е. он гаплоидный и первичный.

 

Среди цветковых растений широко распространен апомиксис — 

образование зародыша без оплодотворения ( без участия мужской гаметы). У животных есть аналогичный процесс — партеногенез. Зародыш может развиваться из любых клеток зародышевого мешка: яйцеклетки, центрального ядра, синергид или антипод. Из остальных частей семязачатка образуются другие части семени.

 

Однодомные растения —самоопыляемые. В определенный момент времени тычинки «стряхивают» пыльцу на рыльце и все это на одном цветке.

 

Двудомные растения опыляются извне. Соответственно, это либо опыление животными (насекомыми, в основном), либо ветром.

Для привлечения насекомых растения используют яркую окраску цветка и аромат, пыльца крупная, липкая; ветроопыляемые растения обычно имеют невзрачные цветки, которые высоко поднимаются над землей и мелкую сухую пыльцу.

 

---

 

 

Еще на эту тему:

Обсуждение: «Двойное оплодотворение»

(Правила комментирования)

Двойное оплодотворение

☰

В процессе эволюции растительного мира у цветковых растений (и только у них) появилось такое явление как двойное оплодотворение, в результате которого образуется семя. У голосеменных растений также образуются семена, но двойного оплодотворения нет. Оплодотворению предшествует опыление, т. е. перенос пыльцы с тычинок одного цветка на пестик чаще всего другого цветка. При двойном оплодотворении в семязачаток проникают два спермия, один из которых сливается с яйцеклеткой, а второй — с крупной центральной клеткой.

Пыльцевые зерна разных цветковых растений имеют различную форму. При этом чаще всего поверхность пыльцевых зерен шероховатая, что позволяет им удерживаться на теле насекомых-опылителей и потом на рыльце пестика. Кроме того, рыльцем выделяется липкая жидкость, удерживающая пыльцу. На рыльце пестика пыльцевое зерно образует пыльцевую трубку, которая растет между клетками рыльца и столбика пестика, после чего врастает в полость завязи пестика.

В полости завязи может находиться один семязачаток, несколько или множество. Их количество зависит от вида растения. Семязачатки по-другому называются семяпочками. Если в завязи несколько семязачатков, то каждый из них опыляется своим пыльцевым зерном (содержащимися в нем спермиями), т. е. в таком случае через пестик будет прорастать несколько пыльцевых трубок.

Семязачатки отрастают от внутренней поверхности стенок завязи в полость завязи. Семязачаток состоит из покрова и ткани центральной части, где образуются восемь гаплоидных клеток (имеющих одинарный набор хромосом). Две из этих клеток сливаются, в результате образуется крупная центральная клетка, у которой восстанавливается двойной набор хромосом.

У семязачатка со стороны, противоположной месту прикрепления к завязи, находится пыльцевход, представляющий собой небольшое отверстие, ведущее к центральной части семязачатка.

В кончике растущей пыльцевой трубки находятся два спермия. У спермиев в отличие от сперматозоидов нет хвостика, и поэтому спермии неподвижны. Когда трубка врастает в семязачаток через пыльцевход, то один спермий сливается с одной из гаплоидных клеток, которая играет роль яйцеклетки. В результате этого оплодотворения образуется зигота с двойным набором хромосом. В последствии из нее развивается зародыш семени.

Второй спермий сливается с центральной клеткой. В результате этого оплодотворения в последствии образуется так называемый эндосперм. Для него характерен тройной набор хромосом, что уникально, так как клетки тела покрытосеменных и многих других организмов имеют двойной набор хромосом.

Эндосперм представляет собой ткань, содержащую запас питательных веществ. Эти вещества зародыш использует в процессе развития семени или при прорастании семени. В первом случае вместо эндосперма в зрелом семени основную массу занимают органы зародыша (чаще всего крупные семядоли), во втором случае — эндосперм остается.

При созревании семени покровы семязачатка превращаются в семенную кожуру.

Двойное оплодотворение

Пыльцевые зерна, попав на рыльце пестика, поглощают воду, сахара и другие питательные вещества и образуют трубку. Трубка буквально прорастает в пестик до зародышевого мешка. Пыльцевая трубка проникает в зародышевый мешок, где одна мужская гамета соединяется с яйцеклеткой, образуя зиготу. После митотического деления зигота становится зародышем будущего семени. Вторая мужская гамета сливается с двумя полярными ядрами и образует эндосперм. Этот процесс известен как двойное оплодотворение.[ …]

Двойное оплодотворение представляет собой исторически сложившееся, качественно новое явление, свойственное только покрытосеменным растениям. Биологическое значение двойного оплодотворения заключается в том, что эндосперм, обогащенный двойной наследственностью, повышает жизнеспособность и приспособленность покрытосеменных, обеспечивает их преимущество перед другими растениями в современную геологическую эпоху.[ …]

Двойное оплодотворение — тип оплодотворения, свойственный покрытосеменным растениям, при котором один из спермиев сливается с яйцеклеткой с образованием диплоидной зиготы, дающей начало зародышу семени, а второй спермпй сливается с диплоидным ядром зародышевого мешка с образованием клетки, дающей начало эндосперму семенп.[ …]

После двойного оплодотворения первым обычно делится первичное ядро эндосперма (рис, 124). У пшеницы его деление начинается через 3—4 ч после опыления. В это время в цитоплазме зародышевого мешка и в первичном ядре эндосперма интенсивно накапливаются нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК), белки, полисахариды, ферменты, витамины и другие физиологически активные вещества. С момента образования зиготы и до полного формирования зародыша эндосперм служит основным источником его питания.[ …]

Впоследствии из оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) образуется зародыш, а из оплодотворенного ядра центральной клетки — эндосперм. Двойное оплодотворение присуще всем систематическим группам покрытосеменных растений.[ …]

Постмитотический тип двойного оплодотворения детально исследован Е. Н. Герасимовой-Навашиной у рябчика горного (Fritillaria tenella) (рис. Она же изучала промежуточный тип двойного оплодотворения у гальтонии. Премитотический процесс оплодотворения у пшеницы показан на рисунках 111, Л и 113.[ …]

Как было отмечено выше, оплодотворение у цветковых (покрытосеменных) имеет существенную отличительную особенность в виде двойного оплодотворения (С. Г. Навашин, 1896), которое сводится к тому, что в зародышевом мешке гаплоидная яйцеклетка и диплоидная центральная клетка оплодотворяются спермиями, в результате чего образуется диплоидный зародыш и триплоидная клетка, развивающаяся в клетки эндосперма (см. гл. II).[ …]

Герасимова-Навашнна Е. Н. Двойное оплодотворение покрытосеменных и некоторые теоретические аспекты//Проблемы эмбриологии.— Киев: Наукова думка, 1971.[ …]

Правильным представлением об оплодотворении у покрытосеменных мы обязаны выдающемуся русскому цитологу-эмбриологу С. Г. Навашину, открывшему в 1898 г. двойное оплодотворение у лилейных и астровых. Он впервые показал, что у цветковых растений при оплодотворении один из спермиев сливается с ядром яйцеклетки, а другой — с ядром центральной клетки или полярными ядрами (рис. 109).[ …]

У плодовых растений после завершения двойного оплодотворения из с.емяпочки формируется семя, а наружные покровы семяпочки (или интегументы) превращаются в кожуру семени. Клетки нуцеллуса используются растущим зародышем или реже превращаются в питательную ткань — перисперм. У болв-шинства плодовых и ягодных растений эндосперм и клетки нуцеллуса идут на формирование зародыша, а запасные пластические вещества локализуются в семядолях зародыша (рис. 28).[ …]

При изучении структуры спермиев в процессе двойного оплодотворения С. Г. Навашин обнаружил, что их ядра находятся в состоянии поздней телофазы. Механизм движения спермиев в пыльцевой трубке и зародышевом мешке он рассматривал как активный процесс самостоятельного передвижения.[ …]

Весь ;>тот процесс, как известно, принято намывать двойным оплодотворением. Ведь согласно общепринятому в литературе определению, оплодотворение (еипгамин) — это процесс слияния, мужской п женской половых клеток (гамет) с образованием зиготы, из которой и дальнейшем разнимается новый организм. Такое определение оплодотворения можно найти в любом учебнике биологии и в любом :нщнклопедичоском словаре (в том число в советских шщпклопедиях, в Большой и Малой). И даже в известном «Словаре русского языка» С. И. Ожегова (1973) мы читаем: «Оплодотворить. 1. Создать зародыш в ком-чем-н. слиянием мужской и женской половых клеток. 2. Послужить источником развития, совершенствования». Слияние одного из сиормпев с яйцеклеткой является, несомненно, оплодотворением, но тройное слияние по является, строго говоря, оплодотворением, так как 1) центральная клетка — не гамета и 2) в результате ¡»того слияния но образуется зигота, из которой и дальнейшем развивался бы новый организм. Очевидно, тройное слияние является оплодотворением лишь в указанном Ожеговым, втором, переносном смысле. Другими словами, в выражении «двойное оплодотворение» термин «оплодотворение» применяется в двух разных, смыслах — прямом и переносном. Тем не менее выражение «двойное онлодотиороние» настолько широко вошло в литературу, что было бы нецелесообразно его заменить (а попытки такого рода делались, в том числе известным, немецким ботаником. Достаточно, если мы будем помнить, что речь идет здесь о двух разных биологических процессах, условно объединяемых общим .названием.[ …]

Открытие в 1896 г. выдающимся русским ученым Сергеем Гавриловичем Навашииым двойного оплодотворения у покрытоременных растений положило начало новой .эре исследований в биологической науке. С. Г. Навашин является также основателем науки о ядре — кариологии.[ …]

Детально изучая поведение спермиев в зародышевом мешке, Е. Н. Герасимова-Навашина предложила различать два основных типа двойного оплодотворения: премитотический, когда объединение половых ядер происходит перед первым митозом зиготы, и постмитотический, когда объединение половых ядер наступает в начале первого митоза зиготы. Ею установлена также промежуточная форма двойного оплодотворения, характеризующаяся образованием собственной оболочки вокруг ядра спермия при медленном его погружении в ядро яйцеклетки. При этом объединение половых ядер происходит во время первого митоза зиготы (рис. 110).[ …]

Рост семенного растения начинается с прорастапия семени. Семена у покрытосеменных растений образуются из семяпочки в результате двойного оплодотворения. В пыльце сосредоточено большое количество физиологически активных веществ — фитогормонов (ауксинов), ферментов, много аминокислоты пролина. Все ето приводит к тому, что уже сразу после опыления интенсивность обмена веществ в системе пыльца — пестик резко усиливается. Пыльцевая трубка несет два слермия. В результате слияния первого спермия с яйцеклеткой образуется зигота, дающая при последующем развитии зародыш семени. Анатомически ткани зародыша целиком состоят из первичной меристемы. Оно начинает делиться и вместе с цитоплазмой образует множество клеток, составляющих эндосперм. После опыления и особенно оплодотворения завязь начинает разрастаться. Вместе с пыльцой в зародышевый мешок привносятся как сами фитогормоны (ауксины), так и ферменты, катализирующие синтез гормонов. Дыхание развивающегося после оплодотворения семени идет очень интенсивно. Семя становится центром притяжения питательных веществ. В процессе развития и роста зародыша ткань вндосперма потребляется и в моменту созревания семян может частично или полностью исчезнуть. Некоторые семена лишены андосперма, питательные вещества сосредоточены у ттнт в тканях самого зародыша (в семядолях).[ …]

У Crépis capillaris ядра спермиев при слиянии с женскими половыми ядрами находятся в периоде G прерванного митотического цикла (стадия телофазы), который они заканчивают в зиготе (рис. 112, 118). У астровых и злаковых в момент оплодотворения спермии находятся в стадии поздней телофазы митоза. На рисунке 114 показан конец двойного оплодотворения у кукурузы в момент слияния мужских ядрышек с женскими в ядрах зиготы и первичного ядра эндосперма; при этом второй сперматозоид находится в полярных ядрах; в яйцеклетке процесс слияния уже закончен, присутствует ядрышко спермия; слева виден контур второй пыльцевой трубки со спермиями.[ …]

формирование гамет, процесс опыления, последовательность оплодотворения, размножение голосеменных видов

Двойное оплодотворение необходимо цветковым растениям для того, чтобы завязались семена. У голосеменных видов процесс образования семян происходит несколько по-другому. В результате эволюции покрытосеменные представители флоры, обретя механизм двойного оплодотворения, получили некоторые преимущества перед другим типом растительности.

Преимущества двойного оплодотворения

Двойное оплодотворение у растений возникло в ходе эволюционного процесса и обеспечило им сразу несколько преимуществ. Цветковые виды получили возможность формировать запас питания зародыша на самых ранних стадиях его развития. В то время как у голосеменных растений на этот процесс уходит большое количество ресурсов, семяпочки не имеют запаса питательных веществ.

При двойном оплодотворении триплоидный эндосперм развивается быстрее и происходит его развитие только в том случае, если сформировался семенной зародыш. У голосеменных растений процесс происходит совсем по-другому, они расходуют ресурсы на построение эндосперма даже тогда, когда зародыш отсутствует.

Двойное оплодотворение у покрытосеменных растений

В процессе оплодотворения цветковых (покрытосеменных) растений задействован женский гаметофит, состоящий из зародышевого мешка, находящегося в пестике и мужской гаметофит – пыльца, формирующаяся в пыльнике.

Формирование мужских гамет

Строительным материалом для мужского гаметофита становятся стволовые клетки, которые начинают делиться и образуют гаплоидные микроспоры. Позже микроспоры преобразуются в пыльцевое зерно. Сверху такое зернышко покрыто двойной оболочкой, защищающей его от внешних воздействий.

Внутри заключены вегетативная и генеративная клетки. Пыльца окончательно созревает в пыльниках к моменту распускания цветков. На заключительном этапе оболочка пыльцевой камеры разрывается, пыльца высыпается наружу.

Формирование женских гамет

Формирование женских гамет происходит в пестике. Здесь образуются семязачатки, количество которых у разных растений варьируется. Формирование семязачатка происходит из выростов стенки завязи. Внутри семязачатка происходит формирование гаплоидной мегаспоры и 3 направленных телец, которые позже отмирают.

Через процесс деления ядра мегаспоры происходит формирование зародышевого мешка. Созревший гаметофит женского пола представляет собой образование, состоящее из 6 гаплоидных клеток и 1 диплоидной.

Процесс опыления

В процессе опыления пыльца тем или иным способом переносится на рыльце пестика. По способу опыления растения делятся на 2 группы. У самоопыляющихся видов опыление происходит пыльцой этого же цветка. Перекрестное опыление подразумевает перенос пыльцевых зерен с одного раскрывшегося бутона на другой.

Опылению цветков помогает ветер, пыльцу могут переносить насекомые и животные. При выращивании культурных растений опыление иногда приходится проводить искусственно.

Последовательность двойного оплодотворения

Женские и мужские гаметофиты участвуют в выработке ферментов и гормонов, необходимых для оплодотворения. В рыльце пестика содержится аминокислота триптофан, а в пыльце – фермент, преобразующий ее в гормон роста ауксин. Когда пыльца попадает на пестик, запускаются процессы, способствующие прорастанию пыльцы, что приводит к образованию пыльцевой трубки.

Дальше последовательность такова:

1. Генеративная клетка делится, образуя два спермия.
2. Спермии перемещаются по сформированной пыльцевой трубке постепенно, в процессе ее роста.
3. Диаметр трубки увеличивается от рыльца к завязи.
4. Достигнув завязи, пыльцевая трубка проникает в семязачаток, а затем в зародышевый мешок.
5. После этого головка пыльцевой трубки разрывается, выпуская в зародышевый мешок спермии.
6. Один спермий сливается с яйцеклеткой, а второй с центральной диплоидной клеткой зародышевого мешка.

В дальнейшем эти клеточные образования участвуют в формировании семени.

Одновременно с оплодотворением в тканях происходит синтез ауксина, что приводит к росту завязи и дальнейшему формированию плодов и семян. Период между опылением и оплодотворением может составлять от 15 минут до нескольких часов, дней и даже месяцев. Открыл процесс двойного оплодотворения и подробно описал его русский ботаник С. Г. Навашин.

Покрытосеменные цветковые растения – это самая многочисленная группа. Их отличительной особенностью является наличие околоплодника вокруг семян. Согласно классификации покрытосеменные виды делятся на однодольные и двудольные. Примеры таких растений – лилейные, злаковые, пасленовые, крестоцветные, розоцветные, бобовые, сложноцветные.

Отсутствие двойного оплодотворения у голосеменных растений

Группа голосеменных растений включает небольшое число видов. Приставку голо- они получили из-за того, что семена формируются в семяпочках, лежащих на поверхности, а не скрытых. Голосеменные виды не имеют замкнутых вместилищ для семян. В эту группу входят хвойные деревья и кустарники (ель, туя, сосна, можжевельник).

Для голосеменных видов не характерно двойное оплодотворение. Процесс опыления в данном случае происходит исключительно с помощью ветра. Этому предшествует формирование на растении мужских и женских шишек. На женских шишках созревают семязачатки, а на мужских образуются пыльцевые мешочки, в которых зреет пыльца.

После того как пыльцевые зерна вместе с ветром попадают на женскую шишку, происходит опыление. Чешуйки склеиваются смолой и закрываются. Процесс созревания спермиев занимает около года. В результате один из них сольется с яйцеклеткой, а другой погибнет. Приблизительно через 1,5 года шишка меняет свою окраску и деревенеет, а затем раскрывается, выпуская наружу семена. От момента опыления до момента выпадения семян проходит 2-3 года.

С помощью возникновения механизма двойного оплодотворения природа усовершенствовала процесс размножения цветковых растений, сделав его максимально быстрым. Голосеменные виды стоят на более низкой эволюционной ступени, процесс формирования семян протекает у них намного медленнее.

32.2D: Двойное удобрение растений

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Ключевые моменты
2. Ключевые термины
3. Двойное оплодотворение

Покрытосеменные подвергаются двум событиям оплодотворения, в ходе которых образуются зигота и эндосперм.

Задачи обучения

• Описать процесс двойного удобрения растений

Ключевые моменты

• В двойном оплодотворении участвуют две сперматозоиды; один оплодотворяет яйцеклетку, чтобы сформировать зиготу, а другой сливается с двумя полярными ядрами, которые образуют эндосперм.
• После оплодотворения оплодотворенная семяпочка образует семя, а ткани завязи становятся плодом.
• На первой стадии эмбрионального развития зигота делится с образованием двух клеток; один разовьется в суспензор, а другой — в проэмбрион.
• На второй стадии эмбрионального развития (у эвдикотов) развивающийся зародыш имеет форму сердца из-за наличия семядолей.
• По мере роста зародыш начинает изгибаться, наполняя семя; на этом этапе семена готовы к распространению.

Ключевые термины

• двойное оплодотворение : сложный механизм оплодотворения, развившийся у цветковых растений; включает соединение женского гаметофита с двумя мужскими гаметами (спермой)
• суспензор : обнаружен в зиготах растений покрытосеменных; соединяет эндосперм с зародышем и обеспечивает путь питания от материнского растения к растущему эмбриону
• proembryo : скопление клеток в семяпочке оплодотворенного цветкового растения, которое еще не превратилось в эмбрион

Двойное внесение удобрений

После того, как пыльца откладывается на рыльце, она должна прорасти и прорасти через столбик, чтобы достичь семяпочки.Микроспоры, или пыльца, содержат две клетки: клетку пыльцевой трубки и генеративную клетку. Клетка пыльцевой трубки превращается в пыльцевую трубку, по которой проходит генеративная клетка. Для прорастания пыльцевой трубки необходимы вода, кислород и определенные химические сигналы. По мере того, как пыльцевая трубка проходит через стиль, чтобы достичь зародышевого мешка, рост пыльцевой трубки поддерживается тканями этого стиля. Во время этого процесса, если генеративная клетка еще не разделилась на две клетки, теперь она делится с образованием двух сперматозоидов.Пыльцевая трубка направляется химическими веществами, выделяемыми синергиями, присутствующими в зародышевом мешке; он попадает в семяпочек через микропиле. Из двух сперматозоидов один сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, образуя диплоидную зиготу; другой сперматозоид сливается с двумя полярными ядрами, образуя триплоидную клетку, которая развивается в эндосперм. Вместе эти два события оплодотворения у покрытосеменных известны как двойное оплодотворение. После завершения оплодотворения никакие другие сперматозоиды не могут проникнуть внутрь. Оплодотворенная семяпочка образует семя, а ткани завязи становятся плодом, обычно обволакивая семя.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Двойное оплодотворение : У покрытосеменных один сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку с образованием зиготы 2n, а другой сперматозоид сливается с двумя полярными ядрами с образованием эндосперма 3n. Это называется двойным оплодотворением.

После оплодотворения начинается эмбриональное развитие. Зигота делится на две клетки: верхнюю (терминальную) и нижнюю (базальную). Деление базальной клетки приводит к суспензору, который в конечном итоге соединяется с материнской тканью.Суспензор обеспечивает транспортировку питания от материнского растения к растущему эмбриону. Терминальная клетка также делится, давая начало шаровидному проэмбриону. У двудольных (eudicots) развивающийся зародыш имеет форму сердца из-за наличия двух рудиментарных семядолей. У неэндоспермных двудольных растений, таких как Capsella bursa , эндосперм сначала развивается, но затем переваривается. В этом случае запасы корма перемещаются в две семядоли. По мере увеличения зародыша и семядолей они скапливаются внутри развивающегося семени и вынуждены сгибаться.В конце концов, зародыш и семядоли заполняют семя, после чего семя готово к распространению. Эмбриональное развитие приостанавливается через некоторое время; рост возобновляется только тогда, когда семена прорастают. Развивающийся саженец будет полагаться на запасы пищи, хранящиеся в семядолях, до тех пор, пока первый набор листьев не начнет фотосинтез.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Развитие эмбриона : Показаны стадии развития эмбриона в яйцеклетке пастушьей сумки ( Capsella bursa ).После оплодотворения зигота делится, образуя верхнюю терминальную клетку и нижнюю базальную клетку. (а) На первой стадии развития терминальная клетка делится, образуя глобулярный проэмбрион. Базальная клетка также делится, давая начало суспензору. (б) На втором этапе развивающийся эмбрион имеет форму сердца из-за наличия семядолей. (c) На третьей стадии растущий эмбрион переполняется и начинает сгибаться. (г) В конце концов, он полностью заполняет семя.

Двойное оплодотворение | Биология для майоров II

Результаты обучения

• Определить двойное внесение удобрений

После того, как пыльца откладывается на рыльце, она должна прорасти и прорасти через столбик, чтобы достичь семяпочки.Микроспоры, или пыльца, содержат две клетки: клетку пыльцевой трубки и генеративную клетку. Клетка пыльцевой трубки превращается в пыльцевую трубку, по которой проходит генеративная клетка. Для прорастания пыльцевой трубки необходимы вода, кислород и определенные химические сигналы. По мере того, как пыльцевая трубка проходит через стиль, чтобы достичь зародышевого мешка, рост пыльцевой трубки поддерживается тканями этого стиля. Между тем, если генеративная клетка еще не разделилась на две клетки, теперь она делится с образованием двух сперматозоидов.Пыльцевая трубка направляется химическими веществами, выделяемыми синергидами, присутствующими в зародышевом мешке, и попадает в семяпочек через микропиле. Из двух сперматозоидов один сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, образуя диплоидную зиготу; другой сперматозоид сливается с двумя полярными ядрами, образуя триплоидную клетку, которая развивается в эндосперм . Вместе эти два события оплодотворения у покрытосеменных известны как двойное оплодотворение (рис. 1). После завершения оплодотворения никакие другие сперматозоиды не могут проникнуть внутрь.Оплодотворенная семяпочка образует семя, а ткани завязи становятся плодом, обычно обволакивая семя.

Рис. 1. У покрытосеменных один сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку с образованием зиготы 2 n , а другой сперматозоид оплодотворяет центральную клетку с образованием эндосперма 3 n . Это называется двойным оплодотворением.

После оплодотворения зигота делится на две клетки: верхнюю, или терминальную, и нижнюю, или базальную, клетку. При делении базальной клетки образуется суспензор , который в конечном итоге соединяется с материнской тканью.Суспензор обеспечивает транспортировку питания от материнского растения к растущему эмбриону. Терминальная клетка также делится, давая начало шаровидному проэмбриону (рис. 2а). У двудольных (eudicots) развивающийся зародыш имеет форму сердца из-за наличия двух рудиментарных семядолей (рис. 2b). У неэндоспермных двудольных, таких как Capsella bursa , эндосперм сначала развивается, но затем переваривается, и запасы пищи перемещаются в две семядоли.По мере увеличения зародыша и семядолей им не хватает места внутри развивающегося семени, и они вынуждены сгибаться (рис. 2c). В конечном итоге зародыш и семядоли заполняют семя (рис. 2d), и семя готово к распространению. Эмбриональное развитие приостанавливается через некоторое время, а рост возобновляется только после прорастания семян. Развивающийся саженец будет полагаться на запасы пищи, хранящиеся в семядолях, до тех пор, пока первый набор листьев не начнет фотосинтез.

Рис. 2. Показаны стадии развития эмбриона в яйцеклетке пастушьей сумочки (Capsella bursa).После оплодотворения зигота делится, образуя верхнюю терминальную клетку и нижнюю базальную клетку. (а) На первой стадии развития терминальная клетка делится, образуя глобулярный проэмбрион. Базальная клетка также делится, давая начало суспензору. (б) На втором этапе развивающийся эмбрион имеет форму сердца из-за наличия семядолей. (c) На третьем этапе растущий эмбрион выбегает из комнаты и начинает сгибаться. (г) В конце концов, он полностью заполняет семя. (кредит: модификация работы Роберта Р.Мудрый; данные масштабной линейки от Мэтта Рассела)

Внесите свой вклад!

У вас была идея улучшить этот контент? Нам очень понравится ваш вклад.

Улучшить эту страницуПодробнее

границ | Начало семени: регуляторные механизмы двойного оплодотворения

Введение

Высокая урожайность сильно зависит от эффективного образования множества семяпочек, которые после успешного оплодотворения развиваются в семена, состоящие из семенной оболочки, зародыша и эндосперма.У покрытосеменных гаплоидные гаметофитные поколения производят мужские и женские гаметы, необходимые для двойного оплодотворения. Оба гаметофита уменьшены до нескольких клеток. Женский гаметофит глубоко внедрен и, таким образом, защищен материнскими спорофитными тканями пестика (рис. 1). Он содержит женские гаметы (яйцеклетку и центральную клетку) и окружен тканью нуцеллуса, а также внутренними и внешними покровами. После оплодотворения эти различные ткани образуют семенную оболочку.Женский гаметофит возникает из материнской клетки мегаспоры посредством процессов, известных как мегаспорогенез и мегагаметогенез (для обзора см. Evans and Grossniklaus, 2009; Drews and Koltunow, 2011). Примерно у 70% всех видов покрытосеменных, включая Arabidopsis и кукурузу, зародышевый мешок развивается по типу Polygonum (Drews et al., 1998). Функциональная мегаспора претерпевает три митотических деления, в результате чего синцитий содержит восемь ядер. После миграции ядер и клеточности дифференцируются семь клеток: гаплоидная яйцеклетка и две прилегающие к ней синергидные клетки располагаются на микропиларовом полюсе, образующем яйцевой аппарат.Центральная гомодиплоидная клетка, содержащая два слитых или прикрепленных ядра, расположена более центрально, тогда как три антиподальные клетки обнаруживаются на халазальном полюсе яйцеклетки напротив яйцевого аппарата. В то время как синергидные клетки необходимы для притяжения пыльцевой трубки, взрыва и высвобождения сперматозоидов (см. Ниже), функция антиподальных клеток до сих пор неизвестна. Во время созревания женского гаметофита антиподальные клетки дегенерируют в семяпочке модельного растения eudicot Arabidopsis (Mansfield et al., 1991), тогда как они размножаются у других видов, включая травы, и образуют кластер примерно из 20-40 клеток (Diboll and Larson, 1966).

Рис. 1. Женский гаметофит глубоко внедрен в органы женского цветка . (A) Вскрытие и реконструкция цветка Arabidopsis . Показаны один из четырех лепестков (P) и один из шести лепестков (SA). Они окружают пестик, который представляет собой женский орган цветка. Его можно разделить на три части.Верхняя часть содержит клетки сосочка и образует рыльце (S), которое соединяется с яичником (OY) стилем (ST). Яичник образован двумя сросшимися плодолистиками (C), на которых расположены два ряда семяпочек (OV). Вид сбоку (B) и вид спереди (C) 3D-реконструированной семяпочки, реконструированной из одиночных последовательных ультратонких срезов рассеченного пестика, окрашенных толуидиновым синим. См. Дополнительный фильм 1 для получения полной серии разделов. Семяпочка соединяется с перегородкой (SE, желтый), содержащей передающий тракт (TT, синий), семяпроводом (F, бензин) и окружена тканью плодолистика (C) (зеленый).3D-модель рассеченной семяпочки, показанная под разными углами, показана в дополнительном фильме 2. Зрелые женские клетки гаметофита (FG) и ткань нуцеллуса (NC) окружены внешним (OI) и внутренним покровами (II) (OI). , синий; II, фиолетовый). Вакуоль и ядро ​​различных клеток женского гаметофита показали самый высокий контраст и поэтому показаны индивидуально. Рядом с микропиле (MY) два ядра двух синергидных клеток (SY) показаны красным и зеленым. Яйцеклетка, обозначенная EC в (D) , имеет сравнительно большую вакуоль (светло-голубую), а ее ядро ​​(синее) расположено на ее халязальном полюсе.Центр женского гаметофита заполнен вакуолью (светло-желтой) центральной клетки, обозначенной CC в (D) , и ее гомодиплоидным ядром (желтым). Три дегенерирующих антиподальных клетки, обозначенные AP бирюзового цвета в коде (D) на полюсе халязала, не выделены. (D) ДИК-микроскопическое изображение зрелого женского гаметофита, окруженного материнскими спорофитными тканями семяпочки. Типы клеток и ткани искусственно окрашены, как показано в (B, C) .При полной зрелости слой клеток нуцеллуса (NC), окружающий развивающийся зародышевый мешок, уплощается между внутренним покровом (II) и женскими клетками гаметофита.

Гаплоидный мужской гаметофит (пыльцевое зерно) образуется в процессах микроспорогенеза и микрогаметогенеза из материнской клетки микроспоры посредством мейоза и двух последовательных митотических делений, приводящих к образованию трехцеллюлярного пыльцевого зерна. Вегетативная клетка охватывает две сперматозоиды, которые связаны с ядром вегетативных клеток плазматической мембраной генеративной клетки, образуя мужской зародышевый элемент (MGU).Формирование MGU обеспечивает одновременную доставку обеих гамет к яйцеклетке (для обзора см. McCue et al., 2011). Основная задача вегетативной клетки — доставлять сперматозоиды через материнские ткани яичника и яичника к неоплодотворенной яйцеклетке. После прорастания пыльцы вегетативная клетка образует трубку и растет по механизму роста на основе кончика вдоль клеток сосочков рыльца в направлении к передающему тракту. Внутри передающего тракта пыльцевые трубки направляются к семяпочкам с помощью механических и хемотаксических сигналов, включающих многочисленные взаимодействия с тканями спорофитного типа.У многих эвдикотов пыльцевые трубки выходят из передающего тракта и растут вдоль перегородки, семяпроводов и наружных покровов к микропиле неоплодотворенных семяпочек. У злаков завязь содержит одну семяпочку, и пыльцевая трубка направляется непосредственно к ее поверхности после выхода из передающего тракта слепого конца. Пыльцевая трубка продолжает расти вдоль своей поверхности в сторону микропиларной области (см. Обзор Lausser and Dresselhaus, 2010). Наконец, пыльцевая трубка входит в микропиле, отверстие между внутренним и внешним покровом, и растет к двум синергидным клеткам.Пыльцевая трубка лопается и выделяются сперматозоиды. Этот процесс связан с дегенерацией рецептивных синергидных клеток из-за запрограммированной гибели клеток. Впоследствии обе сперматозоиды достигают места слияния гамет и оплодотворяют яйцеклетку и центральную клетку (Hamamura et al., 2011). С момента прорастания до выхода сперматозоидов пыльцевое зерно / трубка взаимодействует по крайней мере с пятью различными спорофитными и тремя различными типами гаметофитных клеток для успешного оплодотворения (Palanivelu and Tsukamoto, 2012).Его расширенный рост в ткани женского цветка регулируется множеством различных механизмов наведения, привлечения и поддержки. После высвобождения сперматозоидов все гаметы активируются с последующим слиянием их мембран и ядер в результате процессов, известных как плазматическая и кариогамия, соответственно. После успешного двойного оплодотворения активируются дальнейшие сигнальные события для предотвращения полиспермии. В этом обзоре мы суммируем и обсуждаем процессы межклеточной коммуникации, которые необходимы для успешного выполнения двойного оплодотворения и инициации развития семян у покрытосеменных растений.

Рост и притяжение пыльцевых трубок

Отторжение пыльцы

Рост пыльцевых трубок и направление к женским гаметам контролируются на различных стадиях хемотаксическими сигналами и молекулами поддержки роста, происходящими из спорофитных и гаметофитных тканей женских органов цветка. Пыльцевые зерна, помещенные на рыльце (рис. 1А) в результате контакта, ветра или различных опылителей, прилипают к клеткам сосочка и начинают гидратироваться с последующим их прорастанием. Эффективная адгезия пыльцевого зерна к клетке сосочка регулируется событиями взаимодействия между этими клетками и может активировать тем самым межвидовые и внутривидовые барьеры для предотвращения неудачных событий опыления и оплодотворения уже в этот ранний момент времени во время размножения.Покрытосеменные обладают разными стратегиями распознавания себя по чужеродной пыльце и развили независимые механизмы самонесовместимости (SI) для предотвращения самооплодотворения. Ранние механизмы SI основаны на событиях межклеточной коммуникации между клетками сосочка и пыльцевыми зернами, тогда как более поздние механизмы SI возникают, когда растущая пыльцевая трубка взаимодействует с клетками передающего тракта. Например, виды пасленовых используют экспрессируемую пестиком S-РНКазу, которая проникает через пыльцевую трубку (McClure et al., 1989; Луу и др., 2000). Совместимая пыльцевая трубка экспрессирует белок F-бокса S-локуса (SLF), который приводит к деградации S-РНКазы (Hua and Kao, 2006; Kubo et al., 2010), в то время как при несовместимых взаимодействиях интактная S-РНКаза деградирует РНК, что приводит, например, к нарушению актинового цитоскелета и других клеточных процессов (Liu et al., 2007; Roldán et al., 2012). В Papaveraceae SI зависит от секретируемого пестиком белка Papaver rhoeas style S (PrsS), который связывается с белком мембраны пыльцевой трубки S-локуса P.r . пыльцы S (PrpS) и активирует Ca ²⁺ -зависимый сигнальный каскад, что приводит к ингибированию пыльцы и запрограммированной гибели клеток (Wheeler et al., 2009; Wu et al., 2011). SI лучше всего понимается в Brassicaceae , которые используют локализованную на поверхности киназу рецептора S-локуса (SRK) в клетках сосочка (Takasaki et al., 2000) и локализованный в пыльцевой оболочке белок, богатый цистеином (SP11 / SCR) (Schopfer , 1999; Shiba et al., 2001), чтобы отличить себя от чужеродной пыльцы. Их успешное взаимодействие приводит к протеасомозависимой деградации Exo70A1, важного компонента комплекса экзоцисты.Считается, что он участвует в секреции основных факторов прорастания пыльцы, необходимых для гидратации пыльцы (Synek et al., 2006; Samuel et al., 2009). Таким образом, отторжение пыльцы у Brassicaceae происходит уже во время гидратации пыльцы и прорастания на поверхности клеток сосочка. Мало что известно о SI у экономически важных трав (обзор в Dresselhaus et al., 2011). Гидратация и прорастание пыльцы, по-видимому, не пострадали, хотя только трубочки пыльцы травы способны проникать через стебель и достигать передающего тракта.Это указывает на то, что SI в травах зависит от успешного взаимодействия пыльцевой трубки со спорофитными клетками типа и передающего тракта. Сигнальные события, участвующие в этом процессе распознавания, все еще ждут своего открытия. Более подробную информацию о механизмах SI можно найти в Iwano and Takayama (2012), Watanabe et al. (2012) и Дрессельхаус и Франклин-Тонг (2013).

Направление пыльцевой трубки в передающий тракт и через него

После адгезии и гидратации совместимая пыльца прорастает, проникает в стиль и прорастает через внеклеточное пространство стиллярных клеток к передающему тракту (рис. 1B).Направление роста пыльцевой трубки регулируется образованием различных градиентов, включая воду, γ-аминомасляную кислоту (ГАМК), кальций и другие небольшие молекулы, такие как D-серин. Поток воды во время гидратации образует внешний градиент, определяющий место разрастания пыльцевой трубки, и, как было показано, контролируется триацилглицеридом (Lush et al., 1998; Wolters-Arts et al., 1998). Известно, что приток Ca ²⁺ в область кончика пыльцевой трубки необходим для прорастания и роста трубки (Brewbaker and Kwack, 1963; обзор см. В Steinhorst and Kudla, 2013a) и приводит к образованию колеблющейся вершины на основе цитоплазматический градиент Ca ²⁺ (Ca ²⁺ _cyto ) (Miller et al., 1992; Calder et al., 1997). Первоначально клетки сосочка экспортируют Ca ²⁺ _cyto с помощью аутоингибированной Ca ²⁺ -ATPase13 (ACA13) в сайте адгезии пыльцевых зерен (Iwano et al., 2004, 2014). Внеклеточный Ca ²⁺ затем импортируется в пыльцевую трубку по каналам, подобным рецепторам глутамата (GLR), которые могут стимулироваться D-серином (Michard et al., 2011). В системах животных было показано, что GLR представляют собой неселективные катионные каналы, катализирующие приток Na ⁺ и / или Ca ²⁺ в клетки.Связывание агониста D-серина с GLR, таким образом, должно приводить к открытию канала, что приводит к увеличению Ca ²⁺ _cyto (Gilliham et al., 2006). D-серин продуцируется серин-рацемазой1 (SR1), которая показывает пик экспрессии в стиле, указывающем на доступность D-серина. Индуцированные изменения в концентрации Ca ²⁺ _cyto в пыльцевой трубке могут после этого регулировать и координировать множество различных сигнальных событий, таких как полимеризация актина, и, таким образом, влиять на поведение роста пыльцевой трубки и направление роста.Ca ²⁺ _cyto -сенсоры, принадлежащие к семействам белков кальмодулина (CaM), кальмодулин-подобных белков (CML), кальций-зависимых протеинкиназ (CDPK) и кальциневрину B-подобных белков (CBL). в пыльцевой трубке и, как полагают, контролируют различные события межклеточной коммуникации, на которые указывают их локализация и фенотипы сверхэкспрессии. Присутствие этих различных рецепторов Ca ²⁺ _cyto вокруг сперматозоидов и на кончике пыльцевой трубки указывает на важную роль сигналов Ca ²⁺ как во время роста пыльцевой трубки, так и во время двойного оплодотворения (Zhou et al., 2009; Steinhorst, Kudla, 2013b).

Во время роста пыльцевой трубки кончик должен модулировать окружающую клеточную стенку стиллярных клеток, обеспечивая проникновение через внеклеточное пространство, скорее всего, за счет взаимодействия с экстенсин-подобными белками и арабиногалактановыми белками, а также секрецией ферментов, смягчающих клеточную стенку и ингибиторы, такие как полигалактуроназы и ингибиторы пектинметилэстеразы (Cosgrove et al., 1997; Grobe et al., 1999; Stratford et al., 2001; Ogawa et al., 2009; Нгема-Она и др., 2012; Woriedh et al., 2013). Передающий тракт состоит из небольших цилиндрических клеток, окруженных внеклеточным матриксом (ЕСМ), который содержит смесь гликопротеинов, гликолипидов и полисахаридов (Lennon et al., 1998). ЕСМ обеспечивает необходимые питательные вещества, а также компоненты для ускоренного, расширенного и управляемого роста пыльцевых трубок (Palanivelu and Preuss, 2006). Без неповрежденного передающего тракта, как в мутанте NO TRANSMITTING TRACT ( NTT ) или его мишени HALF FILLED ( HAF ), рост пыльцевой трубки сильно нарушается и либо замедляется, либо преждевременно прекращается. NTT кодирует фактор транскрипции «цинковые пальцы» C2h3 / C2HC, участвующий в продукции ECM и важный для запрограммированной гибели клеток в передающем тракте при опылении (Crawford et al., 2007). HAF кодирует фактор транскрипции bHLH и участвует в NTT-зависимой регуляции передающего тракта (Crawford and Yanofsky, 2011). Арабиногалактановые гликопротеины TTS1 и TTS2, специфичные для передающего тракта, оказывают положительное влияние на пыльцу табака, выращенную in vitro , и демонстрируют градиент повышенного гликозилирования, коррелирующий с направлением роста пыльцевой трубки внутри передающего тракта (Cheung et al., 1995; Wu et al., 1995). Другим фактором, который положительно влияет на рост пыльцевых трубок и руководство, является хемоцианин, небольшой секретируемый пептид типа лилии (Kim et al., 2003). Различные сигналы, полученные от спорофитов, не только направляют или увеличивают скорость роста пыльцевой трубки, но, скорее, приводят к изменению транскриптома пыльцы и, таким образом, активируют пыльцу для сигналов притяжения, происходящих от женских гаметофитов (Higashiyama et al., 1998; Palanivelu and Preuss , 2006). Недавно сообщалось, что экспрессия de novo близкородственных факторов транскрипции MYB и других генов индуцируется во время роста пыльцевых трубок посредством стиля, регулирующего сами себя ряда нижестоящих генов.Следовательно, пыльцевые трубки созревают во время своего роста через ткань спорофитов и, таким образом, становятся пригодными для оплодотворения (Leydon et al., 2013, 2014).

Направляющая для трубки пыльцы яичника

Сигнальные события, которые контролируют выход пыльцевой трубки из передающего тракта и направление к семяпочке, неизвестны. В Arabidopsis было показано, что этот процесс строго регулируется, и обычно только одна пыльцевая трубка выходит из передающего тракта в непосредственной близости от неоплодотворенной семяпочки.Пыльцевая трубка растет на поверхности перегородки в направлении семяпочки, ткани, соединяющей семяпочка с перегородкой (Рисунки 1B – D; дополнительные видеоролики 1, 2). В семяпочке пыльцевая трубка направляется через микропиле внутри семяпочки с помощью механизма, известного как микропиларовое направление (Shimizu and Okada, 2000). В Arabidopsis сообщалось о градиенте ГАМК перед яйцеклеткой. Трансаминаза ПЫЛЬЦА НА PISTIL2 (POP2) формирует этот градиент через деградацию ГАМК. В умеренных концентрациях ГАМК стимулирует рост пыльцевых трубок и, таким образом, вероятно, поддерживает рост к семяпочкам (Palanivelu et al., 2003). Другой кандидат, участвующий в наведении микропилара, — это D-серин, который уже был описан выше. Ген синтезирующего фермента SR1 также экспрессируется в яйцеклетке, что указывает на присутствие D-серина (Michard et al., 2011). Эксперименты по оплодотворению Semi- in vitro выявили колебания уровней Ca ²⁺ _cyto в растущих пыльцевых трубках в зависимости от их расстояния от неоплодотворенной яйцеклетки и особенно от синергидных клеток (Shi et al., 2009; Iwano et al. ., 2012). Связь между Ca ²⁺ _cyto и D-серином через каналы GLR в растущих пыльцевых трубках уже была описана выше. Наблюдаемые изменения в уровне Ca ²⁺ _cyto в зависимости от его расстояния от синергидных клеток могут снова быть результатом этого взаимодействия.

Недавно две экспрессируемые пыльцой митоген-активируемые протеинкиназы (MAPK), MPK3 и MPK6, были идентифицированы в Arabidopsis , которые являются частью сети управления яйцеклетками. Анализы опыления in vivo показали, что пыльцевые трубки с двойным мутантом mpk3 / 6 не способны расти вдоль семенного канатика после выхода из передающего тракта, но микропиларовое наведение (см. Ниже) не было выполнено у двойных мутантов (Guan et al., 2014). ). MPK3 / 6 представляют собой две цитоплазматические протеинкиназы, которые, по-видимому, являются частью сигнального каскада, опосредующего внеклеточные стимулы для изменения направления роста пыльцевой трубки.

Таким образом, наше текущее понимание управления пыльцевыми трубками яйцеклетки очень ограничено, но кажется, что целый оркестр небольших молекул, происходящих из яйцеклетки, участвует в поддержке и привлечении роста пыльцевых трубок, а в пыльцевых трубках требуется несколько сигнальных сетей для ответа. к разнообразному набору сигналов и управлять их поведением роста.

Направляющая для пыльцевых трубок из микропилара

По прибытии на поверхность семяпочки пыльцевая трубка достигает последней фазы своего пути, известной как направление микропиларовой трубки для пыльцы. Он проникает в микропиле, отверстие между двумя покровами, и растет прямо к яйцевому аппарату у таких видов, как Arabidopsis (рис. 2A). В травах пыльцевая трубка сначала должна преодолеть несколько слоев клеток нуцеллуса (Márton et al., 2005), прежде чем она также войдет в контакт с нитевидным аппаратом синергидных клеток, утолщенной и развитой клеточной стенкой на их микропилярном полюсе, где поверхность клеток сильно инвагинирована (Willemse and van Went, 1984; Huang and Russell, 1992).Долгое время считалось, что пыльцевая трубка прорастает через нитевидный аппарат и входит в одну синергидную клетку, что приводит к разрыву пыльцевой трубки и гибели рецептивных синергидных клеток. Недавно было показано, что пыльцевая трубка отталкивается нитевидным аппаратом и вместо этого растет вдоль клеточной стенки синергидных клеток, пока не достигнет определенной точки после нитевидного аппарата, где ее рост останавливается и происходит взрыв (Leshem et al. , 2013). Разрыв пыльцевой трубки приводит к выбросу ее цитоплазматического содержимого, включая два сперматозоида.Синергидные клетки представляют собой основной источник химиоаттрактантов, необходимых для управления пыльцевыми трубками микропилар. Более того, эксперименты по лазерной абляции на Torenia fournieri продемонстрировали, что одной синергидной клетки достаточно и необходимо для привлечения пыльцевых трубок (Higashiyama et al., 2001). Таким образом, основная функция нитевидного аппарата может заключаться в значительном увеличении микропиларовой поверхности синергидных клеток, которые представляют собой железистые клетки яйцевого аппарата. Многие известные компоненты, необходимые для роста и направления пыльцевых трубок, связаны с мембраной и накапливаются в нитевидном аппарате, что придает ему дополнительную роль сигнальной платформы.Он содержит, например, высокую концентрацию Ca ²⁺ , которая, как известно, играет ключевую роль во время регуляции роста пыльцевых трубок (Brewbaker and Kwack, 1963; Chaubal and Reger, 1990; Iwano et al., 2004; Michard et al., 2011), а также, по-видимому, впоследствии вызывает разрыв пыльцевой трубки (см. Ниже). В Arabidopsis формирование нитевидного аппарата, а также экспрессия различных аттрактантов в синергидных клетках зависят от активности фактора транскрипции Myb R2R3-типа MYB98 (Kasahara et al., 2005; Punwani et al., 2007). Среди других генов MYB98 регулирует экспрессию генов, кодирующих богатые цистеином белки (CRP), включая те, которые представляют подгруппу дефенсиноподобных (DEFL) полипептидов (Punwani et al., 2008; Takeuchi and Higashiyama, 2012).

Рис. 2. Модель сигнальных событий во время притяжения микропилярной пыльцевой трубки и двойного оплодотворения у Arabidopsis . (A) Микропиларовое отверстие семяпочки образовано внутренними и внешними покровами.Женский гаметофит «голый» на своем микропиларовом полюсе, содержащий одно яйцо (окрашено в синий цвет) и две синергидные клетки (окрашены в зеленый и красный), представляющие яйцевой аппарат. Центральная клетка окружает яичный аппарат. Синергидные клетки являются основными источниками аттрактантов пыльцевых трубок. Среди других компонентов они секретируют пептиды LURE, которые связываются с рецепторами LIP1 / 2, экспрессируемыми пыльцой, тем самым направляя рост пыльцевых трубок. Переносчики кальция участвуют в контроле роста пыльцевых трубок. Плазматические мембраны синергидных клеток содержат высокую концентрацию рецепторов, таких как FER и LRE, особенно в области нитевидного аппарата.При восприятии пыльцевой трубкой NTA перемещается на плазматическую мембрану за счет активности FER, вероятно, регулируемой колебаниями Ca ²⁺ внутри синергидных клеток. (B) Пыльцевая трубка лопается, когда достигает определенной точки за нитевидным аппаратом, и высвобождает свое цитоплазматическое содержимое, включая две сперматозоиды. Разрыв пыльцевой трубки зависит от присутствия и активации FER-, LER-, NTA- и VDD-зависимых сигнальных каскадов, кульминацией которых является гибель рецептивной синергидной клетки (отображается рассеивающимся красным цветом).Освободившиеся сперматозоиды расположены на стороне слияния гамет между двумя женскими гаметами. Две сперматозоиды связаны друг с другом, вероятно, с участием тетраспанинов. Мужские гаметы прикрепляются к женским за счет GEX2, расположенного на их поверхности. После активации яйцеклетка секретирует EC1, что приводит к активации сперматозоидов и локализации HAP2 / GCS1 на плазматической мембране. HAP2 / GCS1 и тетраспанины на поверхности гамет могут участвовать в слиянии мембран. Неизвестные фузогенные белки яиц и центральных клеток, а также рецептор EC1 обозначены вопросительными знаками зеленого, черного и фиолетового цветов соответственно.

В Torenia было показано, что подгруппа DEFL CRP, называемых LURE, секретируется из синергидных клеток и накапливается в нитевидном аппарате (Okuda et al., 2009; Kanaoka et al., 2011). Приманки привлекают пыльцевые трубки предпочтительным для видов образом с расстояния примерно 100–150 мкм, и недавно было показано, что они связываются с концевой областью пыльцевых трубок (Okuda et al., 2009, 2013). Из-за их быстрой молекулярной эволюции было трудно идентифицировать ортологи у других видов растений, но в конце концов было обнаружено, что подгруппа DEFL CRP810 / AtLURE1 из Arabidopsis участвует в наведении микропиларовых пыльцевых трубок (Takeuchi and Higashiyama, 2012).В Zea mays , EGG APPARATUS1 (ZmEA1), небольшой гидрофобный белок-предшественник из 94 аминокислот был описан как специфичный для яичного аппарата белок, необходимый для управления микропиларовыми трубками пыльцы (Márton et al., 2005, 2012). Было показано, что ZmEA1 связывается видоспецифическим образом с апикальной областью пыльцевой трубки, где он быстро интернализуется и разлагается, вероятно, сохраняя чувствительность пыльцевой трубки к аттрактантам пыльцевой трубки при росте через слои клеток микропилар нуцеллуса (Márton et al. ., 2012; Uebler et al., 2013).

Еще более загадочным является роль центральной клетки в направлении микропилара пыльцевой трубки. Например, мутанты magatama ( maa ) обнаруживают дефекты созревания центральных клеток; оба гаплоидных ядра меньше по размеру и часто не сливаются. Пыльцевые трубочки растут в направлении неоплодотворенной яйцеклетки maa , но теряют свой путь непосредственно перед попаданием в микропиле. Более того, мутантные женские гаметофиты с высокой частотой привлекали две пыльцевые трубки (Shimizu and Okada, 2000). MAA3 , как было недавно показано, кодирует геликазу, необходимую для общего метаболизма РНК, что может объяснять центральный дефект созревания клеток, но не дефект направления пыльцевой трубки (Shimizu et al., 2008). Другим примером центральных клеточно-зависимых дефектов направления микропиларных пыльцевых трубок является транскрипционный регулятор CENTRAL CELL GUIDANCE (CCG), который экспрессируется исключительно в центральной клетке женского гаметофита (Chen et al., 2007). Эти дефекты наведения могут быть косвенными и вызваны нефункциональными или незрелыми центральными клетками, влияющими на созревание клеток яйцевого аппарата и, таким образом, на генерацию компонентов наведения в этих клетках.Возможно также, что молекулы, генерируемые путями MAA3 и CCG, непосредственно регулируют генерацию направляющих молекул в соседних клетках. Также яйцеклетка, по-видимому, участвует в наведении микропилара. GAMETE EXPRESSED 3 (GEX3) представляет собой белок, локализованный в плазматической мембране, который экспрессируется в неоплодотворенной яйцеклетке. Подавление регуляции GEX3 антисмысловой РНК в яйцеклетке ведет к дефектам в управлении микропиларом посредством неизвестного механизма (Alandete-Saez et al., 2008).

До недавнего времени мужские факторы и сигнальные пути, реагирующие на аттрактанты, выделяемые из аппарата яйца, были неизвестны. Были идентифицированы рецептор-подобные киназы (RLK), ПОТЕРЯЮЩИЕСЯ В ПЫЛЬЦЕВЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ 1 (LIP1) и 2 (LIP2), которые предпочтительно экспрессируются в пыльцевой трубке. Оба белка обнаруживают мембранную локализацию благодаря сайту пальмитоилирования и участвуют в AtLURE1-зависимом механизме наведения. lip1 / 2 пыльца двойного мутанта достигает семяпочки, но не может прорасти через микропиле внутри семяпочки, и пыльцевая трубка демонстрирует пониженное притяжение к AtLURE1 (Liu et al., 2013). Однако неясно, принимают ли LIP1 / 2 непосредственное участие в восприятии LURE.

Взрыв пыльцевой трубки и выделение сперматозоидов

Разрыв пыльцевой трубки, по-видимому, регулируется RLKs, расположенными на поверхности партнеров по взаимодействию как мужчин, так и женщин (Figures 2A, B). RLK FERONIA / SIRENE (FER / SRN) экспрессируется в большинстве тканей, включая синергидные клетки, где он локализуется преимущественно на их поверхности в области нитевидного аппарата. Мутанты с потерей функции проявляют фенотип чрезмерного роста пыльцевой трубки.Остановка роста пыльцевой трубки и выделение сперматозоидов в яйцеклетках и не удается (Huck et al., 2003; Rotman et al., 2003; Escobar-Restrepo et al., 2007). FER действует как регулятор клеточной поверхности для RAC / ROP GTPases. Недавно было показано, что FER связывается с небольшим секретируемым пептидным фактором быстрого подщелачивания (RALF), что приводит к ингибированию H ⁺ -АТФазы плазматической мембраны, что приводит к подавлению удлинения клеток в первичном корне (Haruta et al. , 2014). Помимо изменений pH, RALF также вызывает увеличение Ca ²⁺ _cyto (Pearce et al., 2001; Харута и Констебель, 2003; Haruta et al., 2008) и, таким образом, может повлиять на остановку роста пыльцевой трубки и, в конечном итоге, ее разрыв. Геном Arabidopsis содержит около 30 RALF -подобных генов, что указывает на возможность того, что секретируемый пыльцой RALF-подобный пептид действительно может участвовать в FER-зависимом восприятии пыльцевых трубок (Olsen et al., 2002). Были идентифицированы другие белки, чья потеря функции напоминает фенотип fer , такие как заякоренный гликозилфосфатидилинозитолом (GPI) белок LORELEI (LRE) и белок семейства NORTIA (NTA) локуса устойчивости к плесени O (MLO).Оба гена экспрессируются в синергидных клетках и обнаруживают сходный фенотип разрастания пыльцевой трубки (Capron et al., 2008; Kessler et al., 2010). NTA кодирует белок с множеством потенциальных трансмембранных доменов, а также сайтом связывания кальмодулина. Частота неоплодотворенных семяпочек у пестиков lre / lre и nta / nta менее выражена по сравнению с пестиками fer / fer . Это открытие указывает на то, что активность FER важна для восприятия пыльцевых трубок, в то время как другие, пока неизвестные факторы действуют избыточно с LRE и NTA.Все эти факторы присутствуют на плазматической мембране синергизма во время контакта пыльцевой трубки. Однако, в то время как FER накапливается в нитевидном аппарате уже до прибытия пыльцевой трубки, NTA перемещается на плазматическую мембрану синергидных клеток в области нитевидного аппарата при контакте пыльцевой трубки. В системе временной экспрессии NTA направляется прямо на плазматическую мембрану. Однако в яйцеклетках Arabidopsis под контролем его эндогенного промотора NTA локализуется в не охарактеризованных компартментах внутри клетки и перемещается на плазматическую мембрану по прибытии пыльцевой трубки, что указывает на наличие активного механизма удержания.Эта релокализация зависит от FER и, следовательно, соединяет FER с NTA в одной и той же сигнальной сети (Kessler et al., 2010). Присутствие кальмодулин-связывающего домена в NTA подтверждает идею о Са ²⁺ -зависимой сигнальной сети, которая активируется по прибытии пыльцевой трубки. Ожидается, что из-за предполагаемого сигнального пептида и якоря GPI, LRE будет локализоваться на внеклеточной стороне плазматической мембраны после прохождения через секреторный путь. Но до сих пор локализация плазматической мембраны могла быть показана только в системе временной экспрессии, а не в самих синергидных клетках (Capron et al., 2008). Необходимо выяснить, изменяется ли локализация LRE в процессе оплодотворения. Другой фактор, необходимый для успешной коммуникации пыльцевых трубок и синергидных клеток, — это VERDANDI (VDD), член специфичного для растений суперсемейства факторов транскрипции B3. Мутанты Vdd обнаруживают дефекты в идентичности антиподных и синергидных клеток и приводят к отсутствию разрыва пыльцевой трубки после достижения синергидных клеток. В отличие от мутантов fer, nta или lre , о фенотипе избыточного роста не сообщалось, что указывает на то, что VDD может действовать ниже сигнальных компонентов клеточной поверхности (Matias-Hernandez et al., 2010). Мало что известно о мужских факторах, участвующих в коммуникации пыльцевых трубок и синергидных клеток. Сообщалось, что два близкородственных гомолога FER, ANXUR1 (ANX1) и ANX2, участвуют во времени разрыва пыльцевой трубки или, точнее, в ингибировании разрыва пыльцевой трубки. В анализе роста пыльцевых трубок in vitro пыльца двойных мутантов показывает спонтанное выделение уже после образования выпуклости пыльцы, тогда как in vivo пыльцевые трубочки прорастают нормально на рыльце, но разрываются, прежде чем попасть в яйцевод.Оба рецептора локализуются в основном на апикальном кончике пыльцевой трубки, а также в небольших пузырьках (Boisson-Dernier et al., 2009; Miyazaki et al., 2009). Их чрезмерная экспрессия ингибирует рост за счет чрезмерного экзоцитоза и чрезмерного накопления секретируемого материала клеточной стенки (Boisson-Dernier et al., 2013), предполагая, что основная функция связана с координацией роста посредством стиля, а не разряда сперматозоидов. Другими мужскими факторами, которые участвуют в росте и приеме пыльцевой трубки, являются факторы транскрипции MYB97, MYB101 и MYB120, экспрессируемые пыльцой. myb97 / 101/120 Тройные мутанты демонстрировали неконтролируемый рост и не могли выделять свои сперматозоиды после попадания в зародышевый мешок (Liang et al., 2013). Считается, что эти факторы необходимы для того, чтобы пыльцевая трубка могла взаимодействовать с тканями пестика и женским гаметофитом (Leydon et al., 2014). Как уже упоминалось, уровень Ca ²⁺ _cyto изменяется во время удлинения пыльцевой трубки. По прибытии в пыльцевую трубку уровень Ca ²⁺ _cyto начинает колебаться в синергидных клетках, вызванный контактом кончика пыльцевой трубки с синергидной клеткой.Это колебание можно наблюдать до тех пор, пока не лопнет пыльцевая трубка, что приведет к дегенерации одной синергидной клетки (Sandaklie-Nikolova et al., 2007; Iwano et al., 2012; Denninger et al., 2014; Ngo et al., 2014). . Эти изменения в уровне Ca ²⁺ _cyto важны для доставки сперматозоидов и зависят от активности FER и LRE соответственно. Ниже FER локализация NTA на поверхности синергидных клеток и их активность, вероятно, зависят от достаточного уровня Ca ²⁺ _cyto в синергидных клетках (Ngo et al., 2014). Синергидная клетка, которая находится в контакте с пыльцевой трубкой, следует регулируемой программе гибели клеток, которая каким-то образом связана и контролируется разрывом пыльцевой трубки и связана с колебаниями уровня Ca ²⁺ _cyto (Higashiyama et al., 2000; Sandaklie-Nikolova et al., 2007; Denninger et al., 2014; Ngo et al., 2014). Это не может быть объяснено механическим разрушением из-за проникновения пыльцевой трубки. Например, у мутанта fer рост пыльцевой трубки продолжается вокруг синергидных клеток, что должно быть связано с механическим стрессом, но не вызывает гибели синергидных клеток (Escobar-Restrepo et al., 2007). Однако сигнальные события, которые ответственны за запрограммированную гибель клеток в синергидной клетке, еще не изучены. У кукурузы поступление пыльцевых трубок связано с секрецией дефенсин-подобных белков ZmES, вызывающих разрыв пыльцевых трубок за счет активации K ⁺ -канала Zea mays 1 (KZM1) в мембране пыльцевой трубки (Amien et al., 2010). ). Остается показать, способны ли эти «токсиноподобные» молекулы также вызывать синергетический взрыв клеток.

Взаимодействие гамет и предотвращение полиспермии

Доставка, активация и взаимодействие с гаметической мембраной сперматозоидов

После высвобождения две сперматозоиды доставляются в так называемое место слияния гамет между яйцеклеткой и центральной клеткой (рис. 2В).Спорный вопрос, требует ли это активного транспорта или он основан исключительно на цитоплазматическом потоке, связанном с разрывом как пыльцевой трубки, так и рецептивных синергидных клеток и / или архитектурой яйцевого аппарата. Большинство цветущих растений, таких как Arabidopsis , генерируют изоморфные сперматозоиды, и поэтому слияние сперматозоидов происходит случайно, либо с яйцеклеткой, либо с центральной клеткой (Berger et al., 2008; Ingouff et al., 2009; Liu et al. ., 2010). Некоторые сообщения предполагают, что оплодотворение яйцеклетки является предпочтительным, что было продемонстрировано, например, на мутантах ЦИКЛИН-ЗАВИСИМОЙ КИНАЗЫ А1 ( CDKA; 1 ), которые генерируют только одну сперматеподобную зародышевую клетку (Iwakawa et al., 2006; Nowack et al., 2006). Эксперименты с фотомечеными сперматозоидами показали, что ни одна из женских гамет не является предпочтительной (Hamamura et al., 2011). Дифференцировка на две равные сперматозоиды зависит от активности фактора транскрипции MYB DUO POLLEN 1 (DUO1), который необходим для правильной дифференцировки мужских половых клеток путем регулирования ключевых генов, необходимых для оплодотворения, таких как GAMETE EXPRESSED 2 ( GEX2 ) и GENERATIVE CELL SPECIFIC 1 ( GCS1 ), также известный как HAPLESS 2 ( HAP2 ) (Brownfield et al., 2009). GEX2 кодирует однопроходный трансмембранный белок с филаминовыми повторами, экспонируемыми во внеклеточное пространство. GEX2 локализуется на плазматической мембране сперматозоидов и содержит внеклеточные иммуноглобулин-подобные домены, подобные факторам взаимодействия гамет, обнаруженным у водорослей и млекопитающих (Misamore et al., 2003; Inoue et al., 2005). В присутствии GEX2 две гаметы прикрепляются к яйцеклетке и центральной клетке. gex2 мутантные сперматозоиды демонстрируют пониженную адгезию к женским гаметам, что, вероятно, вызывает нарушение слияния клеток (Mori et al., 2014). GCS1 / HAP2 — еще один фактор, необходимый для взаимодействия гамет у Arabidopsis . После разрыва пыльцевой трубки обе сперматозоиды мутантов с потерей функции gcs1 / hap2 остаются в месте слияния и не могут сливаться с женскими гаметами, что приводит к привлечению дополнительных пыльцевых трубок (политубей). Кроме того, было показано, что в отсутствие потенциального слияния GCS1 / HAP2 происходит прикрепление самца к женской гамете, но слияния мембран не видно, подразумевая, что белок опосредует слияние мембран как компонент сигнальных событий, или, что более вероятно, что он непосредственно участвует в событии слияния (Wong and Johnson, 2010; Mori et al., 2014). GCS1 / HAP2 — консервативный белок, который был идентифицирован в геномах всех основных таксонов эукариот, кроме грибов. Gcs1 / hap2 мутанты в гаметах простейших и водорослей приводят к неспособности слияния, предполагая, что этот белок необходим для общего механизма слияния мембран у эукариот (Mori et al., 2006; Hirai et al., 2008; Liu et al. , 2008; Стил и Дана, 2009; Вонг, Джонсон, 2010). По прибытии сперматозоидов в место слияния гамет (рис. 2В) яйцеклетка начинает секретировать небольшие богатые цистеином белки семейства EGG CELL 1 (EC1).EC1 ведет к перемещению HAP2 / GCS1 из эндомембранной системы на плазматическую мембрану сперматозоидов и, таким образом, активирует сперматозоиды, позволяя им сливаться с женскими гаметами (Sprunck et al., 2012). Похоже, что яйцеклетка сама требует активации, и кальций может играть ключевую роль в этом процессе; на это указывает один сильный транзитент Ca ²⁺ _cyto в яйцеклетке, связанный с разрывом пыльцевой трубки и доставкой сперматозоидов (Denninger et al., 2014), который, таким образом, предшествует секреции EC1.

Перемещение трансмембранного фузогена было описано также для специфического для млекопитающих фузогена IZUMO1 (Inoue et al., 2005). Женские компоненты, которые непосредственно участвуют в слиянии гамет, у высших растений пока неизвестны. У млекопитающих CD9-подобные мембранные белки семейства тетраспанинов расположены на плазматической мембране яиц и, как было показано, необходимы для слияния гамет (Kaji et al., 2000; Le Naour et al., 2000; Miyado et al. , 2000). В Arabidopsis консервативное семейство тетраспанинов состоит из 17 членов.В то время как TET11 и особенно TET12 расположены на поверхности сперматозоидов и достигают высоких концентраций в мембранной области, соединяющей обе сперматозоиды, TET9 появляется на поверхности женских гаметофитных клеток, включая яйцеклетку и центральную клетку (Boavida et al., 2013). Arabidopsis тетраспанины, как было показано, образуют гомо- и гетеродимеры, но до сих пор функциональные исследования отсутствуют. Однако их присутствие на поверхности гамет растений и структурная гомология с CD9-подобными белками млекопитающих позволяют предположить, что они могут играть аналогичную роль во время взаимодействия гамет.

Разложение фузогенов и предотвращение полиспермии

Обычно блоки полиспермии предотвращают множественные события оплодотворения, которые в противном случае привели бы к аномальному развитию или даже к летальному исходу эмбриона и, следовательно, к репродуктивной недостаточности. В Chlamydomonas FUS1, однопроходный трансмембранный белок с высоким сходством с прокариотическими молекулами инвазии и адгезии, опосредует слияние мембран (Ferris et al., 1996; Misamore et al., 2003). В Chlamydomonas и GCS1 / HAP2, и FUS1 быстро разрушаются после слияния клеток, что приводит к быстрому мембранному блоку для предотвращения полигамии (Misamore et al., 2003; Лю и др., 2010). У млекопитающих недавно было показано, что IZUMO1 распознается GPI-заякоренным белком JUNO на поверхности яйцеклетки. Быстрая деградация JUNO после оплодотворения предполагает дополнительный механизм мембранного блока для предотвращения полиспермии (Bianchi et al., 2014).

В Arabidopsis было показано, что блок полиспермии функционирует только в яйцеклетке, а не в центральной клетке, которая способна сливаться более чем с одной сперматозоидной клеткой, как показано на мутанте tetraspore ( tes ). .Этот мутант производит более одной пары сперматозоидов, которые одновременно выпускаются в месте слияния гамет. После оплодотворения полиплоидия в результате множественных событий оплодотворения наблюдалась в развивающемся эндосперме, но не в эмбрионе (Scott et al., 2008). Причина специфичного для яйцеклеток быстрого блокирования полиспермии неясна. Эксперименты по оплодотворению in vitro с яйцеклетками и сперматозоидами кукурузы показали, что материал клеточной стенки обнаруживается уже в течение 30 секунд после слияния (Kranz et al., 1995) и, таким образом, может предотвратить дальнейшие взаимодействия с гаметической мембраной. Кроме того, быстрое блокирование полиспермии также может зависеть от деградации фузогенов, как описано выше. Кальций может играть роль в немедленной передаче сигналов об успешной плазмогамии и высвобождении материала клеточной стенки, поскольку в яйцеклетке наблюдается удлиненный переходный процесс Ca ²⁺ _cyto , связанный с успешным слиянием гамет (Denninger et al., 2014). Однако точная клеточная функция передачи сигналов кальция во время взаимодействия гамет в настоящее время неясна и требует дальнейших экспериментов.

Еще один способ предотвратить полиспермию — это деактивация направления пыльцевых трубок и активация механизмов отталкивания. У Arabidopsis обычно только одна пыльцевая трубка направляется внутрь семяпочки для выполнения двойного оплодотворения. После неудачных событий оплодотворения, например, из-за неудачного слияния клеток в gcs1 / hap2, duo1, duo3, gex2, cdka; 1 или ec1-RNAi гамет (Beale et al., 2012; Kasahara et al. др., 2012; Sprunck et al., 2012; Маруяма и др., 2013; Mori et al., 2014), вторичные пыльцевые трубки привлекаются оставшейся синергидной клеткой с помощью процесса, названного политубей. Этот процесс задерживается на пару часов (Kasahara et al., 2012), предполагая, что репелленты пыльцевых трубок высвобождаются при выделении сперматозоидов и требуют деградации до тех пор, пока дополнительные пыльцевые трубки не будут привлечены оставшейся синергидной клеткой. После успешного оплодотворения эта клетка быстро распадается, но остается жизнеспособной значительно дольше после неудачного оплодотворения (Beale et al., 2012). Недавний отчет показал, что обе женские гаметы независимо контролируют успешное оплодотворение, тем самым максимизируя репродуктивный успех (Maruyama et al., 2013). Ключом к предотвращению политубея является быстрая дегенерация 2-й синергидной клетки. Чтобы исследовать его гибель, недавно было сообщено, что после оплодотворения активируется каскад этилен-нечувствительный (EIN3-EIN2) / этилен-нечувствительный3-подобный2 (EIL2) каскад этиленового ответа. Его искусственная активация приводит к преждевременному распаду синергидных клеток и, таким образом, блокирует притяжение пыльцевых трубок (Völz et al., 2013). Таким образом, дегенерация 2-й синергидной клетки приводит к остановке секреции аттрактанта и, в конечном итоге, предотвращает полиспермию.

Активация развития семян

Обе женские гаметы необходимо оплодотворить для получения жизнеспособного потомства. Несмотря на наличие генетического репертуара для генерации каждого типа клеток (в случае оплодотворенной яйцеклетки) или ряда высокоспециализированных типов клеток (в случае оплодотворенной центральной клетки), обе женские гаметы появляются в заблокированном состоянии до тех пор, пока не будут активированы. через оплодотворение.Напротив, партеногенетические яйцеклетки не останавливают и не инициируют деление клеток без оплодотворения. Однако центральная клетка требует оплодотворения у большинства видов растений, даже если они содержат партеногенетические яйцеклетки. Его активация тесно связана с развитием семян, поскольку как партеногенетический эмбриогенез, так и остановка развития семян на ранней стадии без оплодотворения центральных клеток (Koltunow and Grossniklaus, 2003; Barcaccia and Albertini, 2013). Недавние сообщения в Arabidopsis подтверждают интенсивный перекрестный обмен между эндоспермом и эмбрионом, а также между эндоспермом и семенной оболочкой вскоре после оплодотворения (Costa et al., 2014; Фигейредо и Кёлер, 2014). Далее было показано, что зиготический геном активируется вскоре после оплодотворения у этого вида, и как материнский, так и отцовский геномы вносят равный вклад в транскриптом раннего эмбриона (Nodine and Bartel, 2012). Исследования последних двух десятилетий обнаружили множество различий в эпигенетических модификациях мужских и женских геномов, что приводит к вариациям в профилях экспрессии между их генами до и после оплодотворения. Гены группы polycomb и механизмы сайленсинга РНК играют важную роль в этих процессах, но не будут здесь рассматриваться более подробно, так как отличные обзоры можно найти в другом месте (например, в других источниках).г., Van Ex et al., 2011; Геринг, 2013).

Вполне вероятно, что сперматозоиды доставляют факторы, которые активируют женские гаметы после слияния. Транскрипт, кодирующий киназу, ассоциированную с рецептором интерлейкина-1 (IRAK) / ген Pelle-подобной киназы SHORT SUSPENSOR ( SSP ), который, как было показано, доставляется сперматозоидами, транслируется в зиготе и действует в YODA. (YDA) Путь MAPK во время удлинения зиготы (Bayer et al., 2009). В зиготе регуляторная сеть, активируемая SSP-YDA, пока неизвестна.Активация клеточного цикла также может представлять собой ключевой механизм активации и развития семян. Однако cdka; 1 мутантные одиночные сперматеподобные половые клетки, дефектные в регуляторе основного клеточного цикла, способны оплодотворять яйцеклетки и активировать эмбриональную программу (Iwakawa et al., 2006; Nowack et al., 2006). Хотя центральная клетка мутанта cdka; 1 демонстрировала митотические деления при оплодотворении яйцеклеток, она выглядела в основном неоплодотворенной, и пролиферация эндосперма и, следовательно, развитие семян прекращались через определенный момент времени.Это открытие предполагает наличие положительного сигнала пролиферации от зиготы, ведущего к активации клеточного цикла в центральной клетке. Однако иногда две сперматозоиды cdka; 1 доставляются в сайт слияния гамет, что приводит к слиянию обеих женских гамет с одной cdka; 1 мутантной сперматозоидной клеткой каждая. Далее сообщалось, что слияние ядер сперматозоидов и центральной клетки не удается. Нарушение кариогамии в центральной клетке препятствует включению отцовского генома, ухудшает развитие эндосперма и вызывает прерывание семени.Это и вышеупомянутые находки с использованием патеногенетических видов подразумевают, что отцовский геном играет существенную роль во время раннего развития семян и что факторы сперматозоидов также необходимы для активации развития центральных клеток (Aw et al., 2010). Таким образом, очень мало известно о молекулярных механизмах активации обеих женских гамет, которые приводят к инициации развития семян.

Выводы

Эффективное и успешное оплодотворение всех развитых семяпочек является ключом к репродуктивному успеху и необходимым условием для получения высоких урожаев.Используя модельное растение Arabidopsis , за последние пару лет был достигнут огромный прогресс в понимании лежащих в основе клеточных и молекулярных механизмов, которые регулируют рост и направление пыльцевых трубок, доставку спермы и взаимодействие гамет, что приводит к блокированию политубии и полиспермии. Мало что известно об активации гамет и, следовательно, о развитии семян сразу после оплодотворения. Многие из описанных выше процессов включают консервативные механизмы и белки. Некоторые из этих белков являются высокополиморфными и видоспецифичными, что позволяет женским органам цветка отличать себя от чужеродных пыльцевых зерен / пыльцевых трубок, чтобы избежать репродуктивной недостаточности после опыления и оплодотворения несовместимыми гаметофитами и гаметами соответственно.Таким образом, мы узнали, что во время совместимых взаимодействий требуются видоспецифичные или даже специфичные для экотипа молекулы и механизмы, специфичные для семейства растений. Они используются клетками сосочка для контроля прорастания пыльцы, путем передачи клеток тракта во время роста пыльцевой трубки, а также яйцеклетками и женскими гаметофитными клетками на последних этапах пути пыльцевой трубки. Более того, даже выделение сперматозоидов регулируется в зависимости от вида. Еще предстоит показать, зависят ли взаимодействия гамет от видоспецифичных молекул.До сих пор в заключительных процессах оплодотворения, по-видимому, участвовали частично консервативные белки даже от низших до высших эукариот. Полученные знания теперь могут использоваться, например, для исследования механизмов видообразования или могут применяться для преодоления барьеров гибридизации между видами. Первоначальные попытки позволить семяпочкам привлекать пыльцевые трубки из неродственных семейств растений были успешными (Márton et al., 2012). Однако, как указано выше, механизмы двойного оплодотворения очень сложны и регулируются на нескольких уровнях, и будет сложно преодолеть все этапы одновременно, позволяя широкую гибридизацию между видами растений, которые в настоящее время не могут быть скрещены.Основная задача ближайшего будущего — понять механизмы удобрения сельскохозяйственных культур, особенно трав, которые представляют собой наиболее экономически важное семейство растений. Кукуруза была предложена в качестве модели травы и сельскохозяйственных культур для исследования этих процессов (Dresselhaus et al., 2011), но с трудностями трансформации, малым количеством доступных инсерционных мутантов, необходимостью достаточного пространства в теплице и особенно техническими проблемами для визуализации процесса оплодотворения in vivo все еще ограничивает его использование биологами-репродуктологами.В настоящее время требуются согласованные усилия, чтобы понять молекулярные механизмы двойного оплодотворения сельскохозяйственных культур, которые значительно отличаются от Arabidopsis как по репродуктивным структурам, так и по генетическому репертуару.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим Эрхарда Строма за его поддержку в 3D-моделировании семяпочек Arabidopsis .Работа в лаборатории Дрессельхауса поддерживается грантами Немецкого исследовательского совета (DFG) через Центры совместных исследований SFB924 и SFB960.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: http://www.frontiersin.org/journal/10.3389/fpls.2014.00452/abstract

Список литературы

Alandete-Saez, M., Ron, M., and McCormick, S. (2008). GEX3 , экспрессируемый в мужском гаметофите и в яйцеклетке Arabidopsis thaliana , важен для направления микропилярных пыльцевых трубок и играет роль во время раннего эмбриогенеза. Мол. Завод 1, 586–598. DOI: 10.1093 / mp / ssn015

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Амьен С., Кливер И., Мартон М. Л., Дебенер Т., Гейгер Д., Беккер Д. и др. (2010). Дефенсин-подобный ZmES4 опосредует разрыв пыльцевых трубок кукурузы через открытие калиевого канала KZM1. ПЛоС Биол . 8: e1000388. DOI: 10.1371 / journal.pbio.1000388

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Aw, S.J., Хамамура, Ю., Чен, З., Шнитгер, А., и Бергер, Ф. (2010). Вступления сперматозоидов достаточно для запуска деления центральной клетки, но отцовский геном необходим для развития эндосперма Arabidopsis . Развитие 137, 2683–2690. DOI: 10.1242 / dev.052928

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Байер, М., Нави, Т., Джильоне, К., Галли, М., Мейннел, Т., и Луковиц, В. (2009). Отцовский контроль формирования эмбрионального паттерна у Arabidopsis thaliana . Наука 323, 1485–1488. DOI: 10.1126 / science.1167784

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Бил, К. М., Лейдон, А. Р., Джонсон, М. (2012). Слияние гамет необходимо, чтобы блокировать попадание нескольких пыльцевых трубок в яйцеклетку Arabidopsis . Curr. Биол . 22, 1090–1094. DOI: 10.1016 / j.cub.2012.04.041

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Боавида, Л. К., Цинь, П., Броз, М., Беккер, Дж. Д., и Маккормик, С. (2013). Arabidopsis Тетраспанины ограничены отдельными доменами экспрессии и типами клеток в репродуктивных тканях и образуют гомо- и гетеродимеры при экспрессии в дрожжах. Физиология растений . 163, 696–712. DOI: 10.1104 / стр.113.216598

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Буассон-Дернье, А., Литуев, Д. С., Несторова, А., Франк, К. М., Тиругнанараджа, С., и Гроссниклаус, У. (2013). Киназы, подобные рецептору ANXUR, координируют целостность клеточной стенки с ростом на кончике пыльцевой трубки посредством НАДФН-оксидазы. ПЛоС Биол . 11: e1001719. DOI: 10.1371 / journal.pbio.1001719

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Boisson-Dernier, A., Roy, S., Kritsas, K., Grobei, M.A., Jaciubek, M., Schroeder, J. I., et al. (2009). Нарушение экспрессируемых пыльцой гомологов FERONIA ANXUR1 и ANXUR2 вызывает выброс пыльцевых трубок. Развитие 136, 3279–3288. DOI: 10.1242 / dev.040071

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Пивовар, Дж.Л. и Квак Б. Х. (1963). Существенная роль иона кальция в прорастании пыльцы и росте пыльцевых трубок. Am. Дж. Бот . 50, 859–865. DOI: 10.2307 / 2439772

CrossRef Полный текст

Браунфилд, Л., Хафид, С., Борг, М., Сидорова, А., Мори, Т., и Твелл, Д. (2009). Специфический для зародышевой линии растений интегратор спецификации сперматозоидов и развития клеточного цикла. PLoS Genet . 5: e1000430. DOI: 10.1371 / journal.pgen.1000430

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Колдер, Г.М., Франклин-Тонг, В. Е., Шоу, П. Дж., И Дробак, Б. К. (1997). Колебания Ca2 + в растительных клетках: инициирование быстрым повышением уровней свободного в цитозоле Ca ²⁺ . Biochem. Биофиз. Res. Коммуна . 234, 690–694. DOI: 10.1006 / bbrc.1997.6514

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Capron, A., Gourgues, M., Neiva, L. S., Faure, J. -E., Berger, F., Pagnussat, G., et al. (2008). Материнский контроль доставки мужской гамет в Arabidopsis включает предполагаемый GPI-заякоренный белок, кодируемый геном LORELEI . Растительная клетка 20, 3038–3049. DOI: 10.1105 / tpc.108.061713

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Чаубал Р. и Регер Б. (1990). Относительно высокое содержание кальция локализуется в синергидных клетках яичников пшеницы. Секс. Завод Репрод . 3, 98–102.

Chen, Y.-H., Li, H.-J., Shi, D.-Q., Yuan, L., Liu, J., Sreenivasan, R., et al. (2007). Центральная клетка играет критическую роль в направлении пыльцевых трубок у Arabidopsis . Растительная клетка 19, 3563–3577. DOI: 10.1105 / tpc.107.053967

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Косгроув, Д. Дж., Бединджер, П., и Дурачко, Д. М. (1997). Аллергены пыльцы трав I группы как средства разрыхления клеточной стенки. Proc. Natl. Акад. Sci. США . 94, 6559–6564. DOI: 10.1073 / pnas.94.12.6559

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Коста, Л. М., Маршалл, Э., Тесфай, М., Сильверштейн, К.A., Mori, M., Umetsu, Y., et al. (2014). Пептиды, происходящие из центральных клеток, регулируют формирование паттерна ранних зародышей цветковых растений. Наука 344, 168–172. DOI: 10.1126 / science.1243005

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Кроуфорд, Б. С. У., Дитта, Г., Янофски, М. Ф. (2007). Ген NTT необходим для развития передающего тракта плодолистиков Arabidopsis thaliana . Curr. Биол . 17, 1101–1108. DOI: 10.1016 / j.cub.2007.05.079

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Кроуфорд, Б.С.У., и Янофски, М.Ф. (2011). HALF FILLED способствует развитию репродуктивного тракта и эффективности оплодотворения Arabidopsis thaliana . Развитие 138, 2999–3009. DOI: 10.1242 / dev.067793

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Деннингер, П., Блекманн, А., Лаусер, А., Фоглер, Ф., Отт, Т., Эрхард, Д., и другие. (2014). Общение между мужчиной и женщиной запускает кальциевые сигнатуры во время оплодотворения у Arabidopsis . Нат. Коммуна . 5: 4645. DOI: 10.1038 / ncomms5645

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Дрессельхаус, Т., и Франклин-Тонг, Н. (2013). Перекрестные помехи между самцом и самкой во время прорастания пыльцы, роста трубки и направления, а также двойного оплодотворения. Мол. Завод 6, 1018–1036. DOI: 10.1093 / mp / sst061

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Дрессельхаус, Т., Лаусер А. и Мартон М. Л. (2011). Использование кукурузы в качестве модели для изучения роста пыльцевых трубок и управления, перекрестной несовместимости и доставки спермы у трав. Ann. Бот . 108, 727–737. DOI: 10.1093 / aob / mcr017

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Эскобар-Рестрепо, Ж.-М., Хак, Н., Кесслер, С., Гальярдини, В., Гейзелинк, Дж., Янг, В.-К. и др. (2007). Киназа, подобная рецептору FERONIA, опосредует взаимодействие между мужчинами и женщинами во время приема пыльцевой трубки. Наука 317, 656–660. DOI: 10.1126 / science.1143562

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Эванс, М.С., Гроссниклаус, У. (2009). «Мегагаметофит кукурузы», в Справочник по кукурузе: его биология , ред. Дж. Л. Беннетцен и С. К. Хейк (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer, Нью-Йорк), 79–104.

Феррис, П. Дж., Весснер, Дж. П., и Гуденаф, У. У. (1996). Гликопротеин распознавания пола кодируется геном положительного спаривания fus1 из Chlamydomonas reinhardtii . Мол. Биол. Cell 7, 1235–1248. DOI: 10.1091 / mbc.7.8.1235

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Гиллихэм, М., Кэмпбелл, М., Дубос, К., Беккер, Д. и Давенпорт, Р. (2006). «Семейство глутаматоподобных рецепторов Arabidopsis thaliana (AtGLR)» в Communication in Plants , ред. Ф. Балушка, С. Манкузо и Д. Фолькманн (Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg), 205–222.

Гроб, К., Беккер, В. М., Шлаак, М., и Петерсен, А. (1999). Аллергены трав группы I (бета-экспансины) представляют собой новые протеиназы, связанные с папаином. Eur. Дж. Биохим . 263, 33–40. DOI: 10.1046 / j.1432-1327.1999.00462.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Гуань Ю., Лу Дж., Сюй Дж., МакКлюр Б. и Чжан С. (2014). Две митоген-активируемые протеинкиназы, MPK3 и MPK6, необходимы для фуникулярного направления пыльцевых трубок в Arabidopsis . Физиология растений .165, 528–533. DOI: 10.1104 / стр.113.231274

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Хамамура, Ю., Сайто, К., Авай, К., Курихара, Д., Мияваки, А., Накагава, Т. и др. (2011). Визуализация живых клеток показывает динамику двух сперматозоидов во время двойного оплодотворения у Arabidopsis thaliana . Curr. Биол . 21, 497–502. DOI: 10.1016 / j.cub.2011.02.013

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Харута, м., и Констебель, К. П. (2003). Факторы быстрого ощелачивания культур клеток тополя. Выделение пептидов, клонирование кДНК и дифференциальная экспрессия в листьях и клетках, обработанных метилжасмонатом. Физиология растений . 131, 814–823. DOI: 10.1104 / pp.014597

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Харута, М., Монсхаузен, Г., Гилрой, С., и Сассман, М. Р. (2008). Цитоплазматический функциональный анализ Ca ²⁺ для идентификации и очистки сигнальных пептидов эндогенных клеток в проростках Arabidopsis : идентификация пептида AtRALF1. Биохимия 47, 6311–6321. DOI: 10.1021 / bi8001488

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Харута М., Сабат Г., Штеккер К., Минкофф Б. Б. и Сассман М. Р. (2014). Пептидный гормон и его рецепторная протеинкиназа регулируют рост растительных клеток. Наука 343, 408–411. DOI: 10.1126 / science.1244454

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Хигасияма, Т., Куроива, Х., Кавано, С.и Куроива Т. (1998). Направление in vitro пыльцевой трубки к голому зародышевому мешку Torenia fournieri . Растительная клетка 10, 2019–2032. DOI: 10.1105 / tpc.10.12.2019

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Хигасияма, Т., Ябе, С., Сасаки, Н., Нисимура, Ю., Миягишима, С., Куроива, Х., и др. (2001). Привлечение пыльцевой трубки синергидной клеткой. Наука 293, 1480–1483. DOI: 10.1126 / science.1062429

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Хираи, М., Arai, M., Mori, T., Miyagishima, S.-Y., Kawai, S., Kita, K., et al. (2008). Мужская фертильность малярийных паразитов определяется GCS1, фактором воспроизводства растений. Curr. Биол . 18, 607–613. DOI: 10.1016 / j.cub.2008.03.045

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Hua, Z., and Kao, T.-H. (2006). Идентификация и характеристика компонентов предполагаемого S-локуса петунии, содержащего F-box лигазного комплекса E3, вовлеченного в основанную на S-РНКазе самонесовместимость. Растительная клетка 18, 2531–2553. DOI: 10.1105 / tpc.106.041061

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Хак Н., Мур Дж. М., Федерер М. и Гроссниклаус У. (2003). Мутант Arabidopsis feronia нарушает женский гаметофитный контроль рецепции пыльцевых трубок. Развитие 130, 2149–2159. DOI: 10.1242 / dev.00458

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ингуфф, М., Саката, Т., Ли, Дж., Спранк, С., Дрессельхаус, Т., и Бергер, Ф. (2009). Две мужские гаметы обладают равной способностью оплодотворять яйцеклетку у Arabidopsis thaliana . Curr. Биол . 19, R19 – R20. DOI: 10.1016 / j.cub.2008.11.025

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Иноуэ, Н., Икава, М., Исотани, А., и Окабе, М. (2005). Белок суперсемейства иммуноглобулинов Izumo необходим для слияния сперматозоидов с яйцеклетками. Природа 434, 234–438.DOI: 10.1038 / nature03362

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ивакава, Х., Синмё, А. и Секин, М. (2006). Arabidopsis CDKA; 1, гомолог cdc2, контролирует пролиферацию генеративных клеток в мужском гаметогенезе. Завод J . 45, 819–831. DOI: 10.1111 / j.1365-313X.2005.02643.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ивано, М., Игараси, М., Тарутани, Ю., Каотиен-Накаяма, П., Накаяма, Х., Морияма, Х. и др. (2014). Индуцируемая пыльцевой оболочкой аутоингибированная Ca ²⁺ -АТФаза, экспрессируемая в клетках стигматических сосочков, необходима для совместимого опыления у Brassicaceae. Растительная клетка 26, 636–649. DOI: 10.1105 / tpc.113.121350

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ивано, М., Нго, К., Энтани, Т., Шиба, Х., Нагаи, Т., Мияваки, А. и др. (2012). Цитоплазматический Ca ²⁺ динамически изменяется во время взаимодействия пыльцевой трубки с синергидными клетками. Развитие 139, 4202–4209. DOI: 10.1242 / dev.081208

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ивано М., Шиба Х., Мива Т., Че Ф., Такаяма С., Нагаи Т. и др. (2004). Динамика Са ²⁺ в пыльцевом зерне и клетке сосочка при опылении Arabidopsis . Физиология растений . 136, 3562–3571. DOI: 10.1104 / стр.104.046961

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Кадзи, К., Oda, S., Shikano, T., Ohnuki, T., Uematsu, Y., Sakagami, J., et al. (2000). Процесс слияния гамет нарушен в яйцах мышей с дефицитом Cd9. Нат. Genet . 24, 279–282. DOI: 10.1038 / 73502

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Канаока, М. М., Кавано, Н., Мацубара, Ю., Сусаки, Д., Окуда, С., Сасаки, Н., и др. (2011). Идентификация и характеристика TcCRP1, аттрактанта пыльцевых трубок из Torenia concolor . Ann.Бот . 108, 739–747. DOI: 10.1093 / aob / mcr111

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Касахара, Р. Д., Маруяма, Д., Хамамура, Ю., Сакакибара, Т., Твелл, Д., и Хигасияма, Т. (2012). Восстановление оплодотворения после выпуска дефектных сперматозоидов в Arabidopsis . Curr. Биол . 22, 1084–1089. DOI: 10.1016 / j.cub.2012.03.069

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Kasahara, R.D., Portereiko, M.Ф., Сандакли-Николова, Л., Рабигер, Д. С., и Дрюс, Г. Н. (2005). MYB98 необходим для управления пыльцевыми трубками и дифференцировки синергидных клеток у Arabidopsis . Растительная клетка 17, 2981–2992. DOI: 10.1105 / tpc.105.034603

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Кесслер, С.А., Шимосато-Асано, Х., Кейнат, Н.Ф., Вуэст, С.Э., Инграм, Г., Панструга, Р., и др. (2010). Консервированные молекулярные компоненты для приема пыльцевых трубок и проникновения грибов. Наука 330, 968–971. DOI: 10.1126 / science.1195211

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ким, С., Моллет, Ж.-К., Донг, Дж., Чжан, К., Парк, С.-Й., и Лорд, Э.М. (2003). Хемоцианин, небольшой основной белок рыльца лилии, вызывает хемотропизм пыльцевых трубок. Proc. Natl. Акад. Sci. США . 100, 16125–16130. DOI: 10.1073 / pnas.2533800100

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Кранц, Э., Wiegen, P., и Lörz, H. (1995). Ранние цитологические события после индукции клеточного деления в яйцеклетках и развития зигот после оплодотворения in vitro гаметами покрытосеменных. Завод J . 8, 9–23. DOI: 10.1046 / j.1365-313X.1995.08010009.x

CrossRef Полный текст

Кубо К., Энтани Т., Такара А., Ван Н., Филдс А. М., Хуа З. и др. (2010). Совместная система распознавания несамостоятельности при самонесовместимости на основе S-РНКазы. Наука 330, 796–799.DOI: 10.1126 / science.1195243

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ле Наур, Ф., Рубинштейн, Э., Жасмин, К., Пренан, М., и Буше, К. (2000). Сильно сниженная фертильность самок у мышей с дефицитом CD9. Наука 287, 319–321. DOI: 10.1126 / science.287.5451.319

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Леннон, К. А., Рой, С., Хеплер, П. К., и Лорд, Э. М. (1998). Строение передающей ткани Arabidopsis thaliana (L.) и путь роста пыльцевой трубки. Секс. Завод Репрод . 11, 49–59. DOI: 10.1007 / s004970050120

CrossRef Полный текст

Лешем, Ю., Джонсон, К., Сундаресан, В. (2013). Вход пыльцевой трубки в синергидную клетку Arabidopsis наблюдается на участке, отличном от нитевидного аппарата. Завод Репрод . 26, 93–99. DOI: 10.1007 / s00497-013-0211-1

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Лейдон, А.Р., Бил, К. М., Воронецка, К., Кастнер, Э., Чен, Дж., Хорган, К. и др. (2013). Три фактора транскрипции MYB контролируют дифференцировку пыльцевых трубок, необходимую для высвобождения сперматозоидов. Curr. Биол . 23, 1209–1214. DOI: 10.1016 / j.cub.2013.05.021

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Лейдон А. Р., Чайбанг А. и Джонсон М. (2014). Взаимодействие между пыльцевой трубкой и пестиком контролирует идентичность пыльцевой трубки и высвобождение сперматозоидов у женского гаметофита Arabidopsis . Biochem. Soc. Транс . 42, 340–345. DOI: 10.1042 / BST20130223

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Liang, Y., Tan, Z.-M., Zhu, L., Niu, Q.-K., Zhou, J.-J., Li, M., et al. (2013). MYB97, MYB101 и MYB120 действуют как мужские факторы, которые контролируют взаимодействие пыльцевой трубки с синергидом при оплодотворении Arabidopsis thaliana . PLoS Genet . 9: e1003933. DOI: 10.1371 / journal.pgen.1003933

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Лю, Дж., Чжун, С., Го, X., Хао, Л., Вэй, X., Хуанг, К., и др. (2013). Связанные с мембраной RLCKs LIP1 и LIP2 являются важными мужскими факторами, контролирующими влечение между мужчинами и женщинами у Arabidopsis . Curr. Биол . 23, 993–998. DOI: 10.1016 / j.cub.2013.04.043

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Лю Ю., Мизамор М. Дж. И Снелл В. Дж. (2010). Слияние мембран запускает быструю деградацию двух гамет-специфичных, необходимых для слияния белков в мембранном блоке до полигамии у Chlamydomonas . Развитие 137, 1473–1481. DOI: 10.1242 / dev.044743

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Лю Ю., Тевари Р., Нинг Дж., Благборо А. М., Гарбом С., Пей Дж. И др. (2008). Консервативный ген стерильности растений HAP2 функционирует после прикрепления слитых мембран в гаметах Chlamydomonas и Plasmodium . Genes Dev . 22, 1051–1068. DOI: 10.1101 / gad.1656508

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Лю, З.-Q., Xu, G.-H., and Zhang, S.-L. (2007). Pyrus pyrifolia stylar S-РНКаза индуцирует изменения в актиновом цитоскелете в самоопыльце и трубках in vitro . Protoplasma 232, 61–67. DOI: 10.1007 / s00709-007-0269-4

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Lush, W., Grieser, F. и Wolters-Arts, M. (1998). Направленное руководство Nicotiana alata пыльцевых трубок in vitro и на стигме. Физиология растений .118, 733–741. DOI: 10.1104 / стр.118.3.733

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Мэнсфилд, С. Г., Бриарти, Л. Г., и Эрни, С. (1991). Ранний эмбриогенез Arabidopsis thaliana . I. Зрелый зародышевый мешок. Банка. Дж. Бот . 69, 447–460. DOI: 10.1139 / b91-062

CrossRef Полный текст

Мартон, М. Л., Фастнер, А., Ублер, С., и Дрессельхаус, Т. (2012). Преодоление барьеров гибридизации за счет секреции аттрактанта трубки пыльцы кукурузы ZmEA1 из яйцеклеток Arabidopsis . Curr. Биол . 22, 1194–1198. DOI: 10.1016 / j.cub.2012.04.061

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Маруяма Д., Хамамура Ю., Такеучи Х., Сусаки Д., Нишимаки М., Курихара Д. и др. (2013). Независимый контроль каждой женской гаметы предотвращает притяжение нескольких пыльцевых трубок. Dev. Cell 25, 317–323. DOI: 10.1016 / j.devcel.2013.03.013

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Матиас-Эрнандес, Л., Battaglia, R., Galbiati, F., Rubes, M., Eichenberger, C., Grossniklaus, U., et al. (2010). VERDANDI является прямой мишенью комплекса идентичности яйцеклетки MADS-домена и влияет на дифференцировку зародышевого мешка у Arabidopsis . Растительная клетка 22, 1702–1715. DOI: 10.1105 / tpc.109.068627

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

МакКлюр Б.А., Харинг В., Эберт П. Р., Андерсон М. А., Симпсон Р. Дж., Сакияма Ф. и др. (1989).Продукты гена самонесовместимости стилей Nicotiana alata являются рибонуклеазами. Nature 342, 955–957. DOI: 10.1038 / 342955a0

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

МакКью, А. Д., Крести, М., Фейхо, Дж. А., и Слоткин, Р. К. (2011). Цитоплазматическая связь сперматозоидов с ядром вегетативных клеток пыльцы: пересмотр потенциальных ролей мужских зародышевых единиц. J. Exp. Бот . 62, 1621–1631. DOI: 10.1093 / jxb / err032

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Мишард, Э., Lima, P. T., Borges, F., Silva, A. C., Portes, M. T., Carvalho, J. E., et al. (2011). Гены, подобные глутаматным рецепторам, образуют каналы Ca ²⁺ в пыльцевых трубках и регулируются D-серином пестика. Наука 332, 434–437. DOI: 10.1126 / science.1201101

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Миллер Д. Д., Каллахэм Д. А., Гросс Д. Дж. И Хеплер П. К. (1992). Градиент свободного Ca ²⁺ в растущих пыльцевых трубках Lillium . J. Cell Sci . 101, 7–12.

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст

Мизамор, М. Дж., Гупта, С., и Снелл, В. Дж. (2003). Белок Chlamydomonas Fus1 присутствует на органелле типа спаривания и слияния и необходим для критического события адгезии к мембране во время слияния с минусовыми гаметами. Мол. Биол. Cell 14, 2530–2542. DOI: 10.1091 / mbc.E02-12-0790

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Миядо, К., Yamada, G., Yamada, S., Hasuwa, H., Nakamura, Y., Ryu, F., et al. (2000). Потребность CD9 на плазматической мембране яйца для оплодотворения. Наука 287, 321–324. DOI: 10.1126 / science.287.5451.321

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Миядзаки, С., Мурата, Т., Сакураи-Озато, Н., Кубо, М., Демура, Т., Фукуда, Х., и др. (2009). ANXUR1 и 2 , сестринские гены FERONIA / SIRENE , являются мужскими факторами для координированного оплодотворения. Curr. Биол . 19, 1327–1331. DOI: 10.1016 / j.cub.2009.06.064

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Мори Т., Игава Т., Тамия Г., Миягишима С.-Й. и Бергер Ф. (2014). Для прикрепления гамет требуется GEX2 для успешного оплодотворения Arabidopsis . Curr. Биол . 24, 170–175. DOI: 10.1016 / j.cub.2013.11.030

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Нго, К. А., Фоглер, Х., Литуев, Д. С., Несторова, А., Гроссниклаус, У. (2014). Кальциевый диалог, опосредованный путем передачи сигнала FERONIA, контролирует доставку спермы растений. Dev. Ячейка 29, 491–500. DOI: 10.1016 / j.devcel.2014.04.008

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Нгема-Она, Э., Коимбра, С., Викре-Жибуэн, М., Молле, Ж.-К., и Дриуич, А. (2012). Белки арабиногалактана в клетках корня и пыльцевых трубок: распределение и функциональные аспекты. Ann.Бот . 110, 383–404. DOI: 10.1093 / aob / mcs143

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Новак, М. К., Грини, П. Э., Якоби, М. Дж., Лафос, М., Конц, К., и Шнитгер, А. (2006). Положительный сигнал от оплодотворения яйцеклетки запускает пролиферацию эндосперма в эмбриогенезе покрытосеменных. Нат. Genet . 38, 63–67. DOI: 10,1038 / ng1694

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Огава, М., Кей П., Уилсон С. и Суэйн С. М. (2009). ЗОНА ДЕГИСЦЕНЦИИ АРАБИДОПСИСА POLYGALACTURONASE1 (ADPG1), ADPG2 и QUARTET2 являются полигалактуроназами, необходимыми для разделения клеток во время репродуктивного развития у Arabidopsis . Растительная клетка 21, 216–233. DOI: 10.1105 / tpc.108.063768

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Окуда, С., Судзуки, Т., Канаока, М. М., Мори, Х., Сасаки, Н., и Хигасияма, Т. (2013). Приобретение LURE-связывающей активности на кончике пыльцевой трубки Torenia fournieri . Мол. Завод 6, 1074–1090. DOI: 10.1093 / mp / sst050

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Окуда, С., Цуцуи, Х., Шиина, К., Спранк, С., Такеучи, Х., Юи, Р. и др. (2009). Дефенсин-подобные полипептиды приманки представляют собой аттрактанты пыльцевых трубок, секретируемые синергидными клетками. Природа 458, 357–361. DOI: 10.1038 / nature07882

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Олсен А. Н., Манди Дж. И Скривер К.(2002). Пептомика, идентификация новых катионных пептидов Arabidopsis с консервативными мотивами последовательностей. In Silico Biol . 2, 441–451.

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст

Паланивелу Р., Брасс Л., Эдлунд А. Ф. и Прейс Д. (2003). Рост пыльцевых трубок и управление ими регулируется POP2 , геном Arabidopsis , который контролирует уровни ГАМК. Cell 114, 47–59. DOI: 10.1016 / S0092-8674 (03) 00479-3

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Паланивелу, Р., и Tsukamoto, T. (2012). Поиск пути при размножении покрытосеменных: ведение пыльцевых трубок пестиками обеспечивает успешное двойное оплодотворение. Wiley Interdiscip. Rev. Dev. Биол . 1, 96–113. DOI: 10.1002 / wdev.6

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Пирс, Г., Моура, Д. С., Стратманн, Дж., И Райан, К. А. (2001). RALF, повсеместный полипептид с массой 5 ​​кДа в растениях, останавливает рост и развитие корней. Proc. Natl. Акад. Sci. США . 98, 12843–12847.DOI: 10.1073 / pnas.201416998

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Punwani, J. A., Rabiger, D. S., Lloyd, A., and Drews, G. N. (2008). Подсхема MYB98 регуляторной сети синергидных генов включает гены, прямо или косвенно регулируемые MYB98. Завод J . 55, 406–414. DOI: 10.1111 / j.1365-313X.2008.03514.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Punwani, J., Rabiger, D. S., and Drews, G.Н. (2007). MYB98 положительно регулирует батарею экспрессируемых синергидом генов, кодирующих белки, локализованные в нитевидном аппарате. Растительная клетка 19, 2557–2568. DOI: 10.1105 / tpc.107.052076

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Рольдан, Дж. А., Рохас, Х. Дж., И Голдрай, А. (2012). Дезорганизация цитоскелета F-actin предшествует разрушению вакуолей в пыльцевых трубках во время реакции самонесовместимости in vivo у Nicotiana alata . Ann. Бот . 110, 787–795. DOI: 10.1093 / aob / mcs153

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Rotman, N., Rozier, F., Boavida, L., Dumas, C., Berger, F., and Faure, J. (2003). Женский контроль доставки мужской гамет во время оплодотворения у Arabidopsis thaliana . Добавки. Curr. Биол . 13, 432–436. DOI: 10.1016 / S0960-9822 (03) 00093-9

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Самуэль, М.А., Чонг, Ю. Т., Хаасен, К. Э., Алдеа-Бриджес, М. Г., Стоун, С. Л., и Горинг, Д. Р. (2009). Клеточные пути, регулирующие ответы на совместимую и самонесовместимую пыльцу в стигмах Brassica и Arabidopsis , пересекаются в Exo70A1, предполагаемом компоненте комплекса экзоцисты. Растительная клетка 21, 2655–2671. DOI: 10.1105 / tpc.109.069740

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Сандакли-Николова, Л., Паланивелу, Р., Кинг, Э. Дж., Копенгейвер, Г. П., и Дрюс, Г. Н. (2007). Гибель синергидных клеток в Arabidopsis запускается при прямом взаимодействии с пыльцевой трубкой. Физиология растений . 144, 1753–1762. DOI: 10.1104 / стр.107.098236

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Скотт Р. Дж., Армстронг С. Дж., Даути Дж. И Спилман М. (2008). Двойное оплодотворение Arabidopsis thaliana включает блокад полиспермии на яйцеклетке, но не на центральной клетке. Мол. Завод 1, 611–619. DOI: 10.1093 / mp / ssn016

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ши, Ю.-Й., Тао, В.-Дж., Лян, С.-П., Лю, Ю., и Чжан, Л. (2009). Анализ градиента СаМ от кончика к основанию при пульсирующем росте пыльцевой трубки с использованием системы in vivo CaM-GFP. Репродукция растительных клеток . 28, 1253–1264. DOI: 10.1007 / s00299-009-0725-z

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Шиба, Х., Такаяма, С., Ивано, М., Симосато, Х., Фунато, М., Накагава, Т. и др. (2001). Белок пыльцевой оболочки SP11 / SCR определяет S-специфичность пыльцы при самонесовместимости видов Brassica . Физиология растений . 125, 2095–2103. DOI: 10.1104 / стр.125.4.2095

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Симидзу К. К., Ито Т., Исигуро С. и Окада К. (2008). MAA3 ( MAGATAMA3 ) ген геликазы необходим для развития женских гаметофитов и управления пыльцевыми трубками у Arabidopsis thaliana . Физиология растительных клеток . 49, 1478–1483. DOI: 10,1093 / pcp / pcn130

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Симидзу, К. К., и Окада, К. (2000). Привлекательные и отталкивающие взаимодействия между женскими и мужскими гаметофитами в руководстве по пыльцевым трубкам Arabidopsis . Развитие 127, 4511–4518. DOI: 10.5167 / уж-71801

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Спрунк, С., Радемахер, С., Фоглер, Ф., Гейзелинк, Дж., Гроссниклаус, У., и Дрессельхаус, Т. (2012). EC1, секретируемый яйцеклетками, запускает активацию сперматозоидов во время двойного оплодотворения. Наука 338, 1093–1097. DOI: 10.1126 / science.1223944

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Стратфорд, С., Барн, В., Хохорст, Д. Л., Сагерт, Дж. Г., Коттер, Р., Голубевский, А. и др. (2001). Богатая лейцином область повторов консервативна в белках, подобных экстензину пыльце (Pex), у однодольных и двудольных. Plant Mol. Биол . 46, 43–56. DOI: 10.1023 / A: 1010659425399

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Синек, Л., Шлагер, Н., Элиас, М., Квентин, М., Хаузер, М., и Зарски, В. (2006). AtEXO70A1, член семейства предполагаемых субъединиц экзоцист, специфически расширенных у наземных растений, важен для полярного роста и развития растений. Завод J . 48, 54–72. DOI: 10.1111 / j.1365-313X.2006.02854.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Такасаки, Т., Хатакеяма К., Судзуки Г., Ватанабэ М., Исогай А. и Хината К. (2000). Киназа рецептора S определяет самонесовместимость у стигмы Brassica . Nature 403, 913–916. DOI: 10,1038 / 35002628

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Такеучи, Х., Хигасияма, Т. (2012). Видоспецифичный кластер дефенсин-подобных генов кодирует диффузные аттрактанты пыльцевых трубок Arabidopsis . ПЛоС Биол . 10: e1001449.DOI: 10.1371 / journal.pbio.1001449

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Фельц, Р., Гейдлауфф, Дж., Риппер, Д., фон Линкер, Л., и Грос-Хардт, Р. (2013). Передача сигналов этилена необходима для синергетической дегенерации и образования блока пыльцевой трубки. Dev. Ячейка 25, 310–316. DOI: 10.1016 / j.devcel.2013.04.001

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ватанабэ М., Сувабе К. и Сузуки Г.(2012). Молекулярная генетика, физиология и биология самонесовместимости Brassicaceae. Proc. Jpn. Акад. Сер. B ,. Phys. Биол. Sci . 88, 519–535. DOI: 10.2183 / pjab.88.519

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Wheeler, M.J., de Graaf, B.H.J., Hadjiosif, N., Perry, R.M., Poulter, N.S., Osman, K., et al. (2009). Определение детерминанты самонесовместимости пыльцы Papaver rhoeas . Nature 459, 992–995.DOI: 10.1038 / nature08027

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Willemse, M. T. M., and van Went, J. L., (1984). «Женский гаметофит», в Embryology of Angiosperms , ed B. M. Johri (Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg), 159–196. DOI: 10.1007 / 978-3-642-69302-1_4

CrossRef Полный текст

Woriedh, M., Wolf, S., Márton, M. L., Hinze, A., Gahrtz, M., Becker, D., et al. (2013). Внешнее применение гаметофит-специфичного ZmPMEI1 вызывает разрыв пыльцевой трубки кукурузы. Завод Репрод . 26, 255–266. DOI: 10.1007 / s00497-013-0221-z

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Wu, H. M., Wang, H., and Cheung, A. Y. (1995). Гликопротеин, стимулирующий рост пыльцевых трубок, дегликозилируется в пыльцевых трубках и демонстрирует градиент гликозилирования в цветке. Cell 82, 395–403. DOI: 10.1016 / 0092-8674 (95)

-X

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ву, Дж., Ван, С., Гу, Ю., Чжан, С., Публикавер, С. Дж., И Франклин-Тонг, В. Е. (2011). Самонесовместимость в Papaver rhoeas активирует неспецифическую катионную проводимость, проницаемую для Ca ²⁺ и K ⁺ . Физиология растений . 155, 963–973. DOI: 10.1104 / стр.110.161927

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Cheung, A, Y., Wang, H., and Wu, H. M. (1995). Гликопротеин, передающий цветочную ткань, привлекает пыльцевые трубки и стимулирует их рост. Cell 82, 383–393. DOI: 10.1016 / 0092-8674 (95) -1

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Zhou, L., Fu, Y., and Yang, Z. (2009). Полногеномная функциональная характеристика регуляторных сенсоров кальция Arabidopsis в пыльцевых трубках. J. Integr. Завод Биол . 51, 751–761. DOI: 10.1111 / j.1744-7909.2009.00847.x

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

регуляторных механизмов двойного внесения удобрений

Front Plant Sci.2014; 5: 452.

Андреа Блекманн

¹ Биология клетки и биохимия растений, Biochemie-Zentrum Regensburg, Университет Регенсбурга, Регенсбург, Германия

Svenja Alter

² Селекция растений, Центр наук о жизни и пищевых продуктах Вайенштефан , Technische Universität München, Freising, Germany

Thomas Dresselhaus

¹ Клеточная биология и биохимия растений, Biochemie-Zentrum Regensburg, Университет Регенсбурга, Регенсбург, Германия

¹ Клеточная биология и биохимия растений, Биохимия растений, Биохимия , Регенсбургский университет, Регенсбург, Германия

² Селекция растений, Центр биологических и пищевых наук Вайенштефан, Технический университет Мюнхена, Фрайзинг, Германия

Отредактировал: Паоло Сабелли, Университет Аризоны, США

Рецензент: Янхай Инь, Университет штата Айова, США; Мэн-Сян Сунь, Уханьский университет, Китай,

* Для переписки: Томас Дрессельхаус, клеточная биология и биохимия растений, Центр биохимии Регенсбурга, Университет Регенсбурга, Universitätsstrasse 18, Регенсбург, Германия Эл. Почта: изд[email protected]

Эта статья была отправлена ​​в раздел «Эволюция и развитие растений» журнала «Границы науки о растениях».

Поступило 26 мая 2014 г .; Принято 21 августа 2014 г.

Copyright © 2014 Bleckmann, Alter and Dresselhaus.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (CC BY). Использование, распространение или воспроизведение на других форумах разрешено при условии указания автора (авторов) или лицензиара и ссылки на оригинальную публикацию в этом журнале в соответствии с принятой академической практикой.Запрещается использование, распространение или воспроизведение без соблюдения этих условий.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Дополнительные материалы

GUID: 876B209C-7201-43B6-BFC7-376DE21AD6C2

GUID: 29B06B5D-0C62-411F-9853-19A6B4745F2E

GUID: 3A7A40498B331-B331 9001 9001 9001 9001 9001 9001

Начало развития семян у цветковых растений (покрытосеменных) инициируется процессом двойного оплодотворения: две мужские гаметы (сперматозоиды) сливаются с двумя женскими гаметами (яйцеклетка и центральная клетка), образуя клетки-предшественники двух основных компонентов семян. , эмбрион и эндосперм соответственно.Неподвижные сперматозоиды доставляются пыльцевой трубкой к семяпочкам, несущим женский гаметофит, с помощью специфичных для вида механизмов наведения и притяжения пыльцевой трубки. После прорыва пыльцевой трубки внутри женского гаметофита две сперматозоиды сливаются с яйцеклеткой и центральной клеткой, инициируя развитие семян. Оплодотворенная центральная клетка образует эндосперм, в то время как оплодотворенная яйцеклетка, зигота, образует настоящий эмбрион и суспензор. Последняя структура соединяет зародыш со спорофитными материнскими тканями развивающегося семени.Основные механизмы двойного оплодотворения жестко регулируются, чтобы гарантировать доставку функциональных сперматозоидов и формирование как функциональной зиготы, так и эндосперма. В этом обзоре мы обсудим текущее состояние знаний о процессах направленного роста пыльцевой трубки и ее связи с синергидными клетками, что приводит к разрыву пыльцевой трубки, взаимодействия четырех гамет, ведущих к слиянию клеток, и, наконец, обсудим механизмы, как цветковые растения предотвращают множественное проникновение в сперматозоиды (полиспермия) для достижения максимального репродуктивного успеха.

Ключевые слова: пыльцевая трубка, семяпочка, взаимодействие гамет, слияние клеток, передача сигналов, оплодотворение, полиспермия

Введение

Высокая урожайность сильно зависит от эффективного образования многочисленных семяпочек, которые после успешного оплодотворения развиваются в семена, содержащие семенную оболочку. , эмбрион и эндосперм. У покрытосеменных гаплоидные гаметофитные поколения производят мужские и женские гаметы, необходимые для двойного оплодотворения. Оба гаметофита уменьшены до нескольких клеток.Женский гаметофит глубоко внедрен и, таким образом, защищен материнскими спорофитными тканями пестика (рисунок). Он содержит женские гаметы (яйцеклетку и центральную клетку) и окружен тканью нуцеллуса, а также внутренними и внешними покровами. После оплодотворения эти различные ткани образуют семенную оболочку. Женский гаметофит возникает из материнской клетки мегаспоры посредством процессов, известных как мегаспорогенез и мегагаметогенез (для обзора см. Evans and Grossniklaus, 2009; Drews and Koltunow, 2011).Примерно у 70% всех видов покрытосеменных, включая Arabidopsis и кукурузу, зародышевый мешок развивается по типу Polygonum (Drews et al., 1998). Функциональная мегаспора претерпевает три митотических деления, в результате чего синцитий содержит восемь ядер. После миграции ядер и клеточности дифференцируются семь клеток: гаплоидная яйцеклетка и две прилегающие к ней синергидные клетки располагаются на микропиларовом полюсе, образующем яйцевой аппарат. Центральная гомодиплоидная клетка, содержащая два слитых или прикрепленных ядра, расположена более центрально, тогда как три антиподальные клетки обнаруживаются на халазальном полюсе яйцеклетки напротив яйцевого аппарата.В то время как синергидные клетки необходимы для притяжения пыльцевой трубки, взрыва и высвобождения сперматозоидов (см. Ниже), функция антиподальных клеток до сих пор неизвестна. Во время созревания женского гаметофита антиподальные клетки дегенерируют в семяпочке модельного растения eudicot Arabidopsis (Mansfield et al., 1991), тогда как они размножаются у других видов, включая травы, и образуют кластер примерно из 20-40 клеток (Diboll and Larson , 1966).

Женский гаметофит глубоко внедрен в женские органы цветков . (A) Расчлененный и реконструированный цветок Arabidopsis . Показаны один из четырех лепестков (P) и один из шести лепестков (SA). Они окружают пестик, который представляет собой женский орган цветка. Его можно разделить на три части. Верхняя часть содержит клетки сосочка и образует рыльце (S), которое соединяется с яичником (OY) стилем (ST). Яичник образован двумя сросшимися плодолистиками (C), на которых расположены два ряда семяпочек (OV). Вид сбоку (B) и вид спереди (C) 3D-реконструированной семяпочки, реконструированной из одиночных последовательных ультратонких срезов рассеченного пестика, окрашенных толуидиновым синим.См. Дополнительный фильм 1 для получения полной серии разделов. Семяпочка соединяется с перегородкой (SE, желтый), содержащей передающий тракт (TT, синий), семяпроводом (F, бензин) и окружена тканью плодолистика (C) (зеленый). 3D-модель рассеченной семяпочки, показанная под разными углами, показана в дополнительном фильме 2. Зрелые женские клетки гаметофита (FG) и ткань нуцеллуса (NC) окружены внешним (OI) и внутренним покровами (II) (OI). , синий; II, фиолетовый). Вакуоль и ядро ​​различных клеток женского гаметофита показали самый высокий контраст и поэтому показаны индивидуально.Рядом с микропиле (MY) два ядра двух синергидных клеток (SY) показаны красным и зеленым. Яйцеклетка, обозначенная EC в (D) , имеет сравнительно большую вакуоль (светло-голубую), а ее ядро ​​(синее) расположено на ее халязальном полюсе. Центр женского гаметофита заполнен вакуолью (светло-желтой) центральной клетки, обозначенной CC в (D) , и ее гомодиплоидным ядром (желтым). Три дегенерирующих антиподальных клетки, обозначенные AP бирюзового цвета в коде (D) на полюсе халязала, не выделены. (D) ДИК-микроскопическое изображение зрелого женского гаметофита, окруженного материнскими спорофитными тканями семяпочки. Типы клеток и ткани искусственно окрашены, как показано в (B, C) . При полной зрелости слой клеток нуцеллуса (NC), окружающий развивающийся зародышевый мешок, уплощается между внутренним покровом (II) и женскими клетками гаметофита.

Гаплоидный мужской гаметофит (пыльцевое зерно) образуется в процессах микроспорогенеза и микрогаметогенеза из материнской клетки микроспоры посредством мейоза и двух последовательных митотических делений, приводящих к образованию трехцеллюлярного пыльцевого зерна.Вегетативная клетка охватывает две сперматозоиды, которые связаны с ядром вегетативных клеток плазматической мембраной генеративной клетки, образуя мужской зародышевый элемент (MGU). Формирование MGU обеспечивает одновременную доставку обеих гамет к яйцеклетке (для обзора см. McCue et al., 2011). Основная задача вегетативной клетки — доставлять сперматозоиды через материнские ткани яичника и яичника к неоплодотворенной яйцеклетке. После прорастания пыльцы вегетативная клетка образует трубку и растет по механизму роста на основе кончика вдоль клеток сосочков рыльца в направлении к передающему тракту.Внутри передающего тракта пыльцевые трубки направляются к семяпочкам с помощью механических и хемотаксических сигналов, включающих многочисленные взаимодействия с тканями спорофитного типа. У многих эвдикотов пыльцевые трубки выходят из передающего тракта и растут вдоль перегородки, семяпроводов и наружных покровов к микропиле неоплодотворенных семяпочек. У злаков завязь содержит одну семяпочку, и пыльцевая трубка направляется непосредственно к ее поверхности после выхода из передающего тракта слепого конца. Пыльцевая трубка продолжает расти вдоль своей поверхности в сторону микропиларной области (см. Обзор Lausser and Dresselhaus, 2010).Наконец, пыльцевая трубка входит в микропиле, отверстие между внутренним и внешним покровом, и растет к двум синергидным клеткам. Пыльцевая трубка лопается и выделяются сперматозоиды. Этот процесс связан с дегенерацией рецептивных синергидных клеток из-за запрограммированной гибели клеток. Впоследствии обе сперматозоиды достигают места слияния гамет и оплодотворяют яйцеклетку и центральную клетку (Hamamura et al., 2011). С момента прорастания до выхода сперматозоидов пыльцевое зерно / трубка взаимодействует по крайней мере с пятью различными спорофитными и тремя различными типами гаметофитных клеток для успешного оплодотворения (Palanivelu and Tsukamoto, 2012).Его расширенный рост в ткани женского цветка регулируется множеством различных механизмов наведения, привлечения и поддержки. После высвобождения сперматозоидов все гаметы активируются с последующим слиянием их мембран и ядер в результате процессов, известных как плазматическая и кариогамия, соответственно. После успешного двойного оплодотворения активируются дальнейшие сигнальные события для предотвращения полиспермии. В этом обзоре мы суммируем и обсуждаем процессы межклеточной коммуникации, которые необходимы для успешного выполнения двойного оплодотворения и инициации развития семян у покрытосеменных растений.

Рост и притяжение пыльцевой трубки

Отторжение пыльцы

Рост пыльцевой трубки и направление к женским гаметам контролируется на различных стадиях хемотаксическими сигналами и молекулами поддержки роста, происходящими из спорофитных и гаметофитных тканей женских органов цветка. Пыльцевые зерна, помещенные на рыльце (рисунок) путем контакта, ветра или различных опылителей, прилипают к клеткам сосочка и начинают гидратироваться, после чего происходит их прорастание. Эффективная адгезия пыльцевого зерна к клетке сосочка регулируется событиями взаимодействия между этими клетками и может активировать тем самым межвидовые и внутривидовые барьеры для предотвращения неудачных событий опыления и оплодотворения уже в этот ранний момент времени во время размножения.Покрытосеменные обладают разными стратегиями распознавания себя по чужеродной пыльце и развили независимые механизмы самонесовместимости (SI) для предотвращения самооплодотворения. Ранние механизмы SI основаны на событиях межклеточной коммуникации между клетками сосочка и пыльцевыми зернами, тогда как более поздние механизмы SI возникают, когда растущая пыльцевая трубка взаимодействует с клетками передающего тракта. Например, виды пасленовых используют экспрессируемую пестиком S-РНКазу, которая проникает через пыльцевую трубку (McClure et al., 1989; Луу и др., 2000). Совместимая пыльцевая трубка экспрессирует белок F-бокса S-локуса (SLF), который приводит к деградации S-РНКазы (Hua and Kao, 2006; Kubo et al., 2010), в то время как при несовместимых взаимодействиях интактная S-РНКаза деградирует РНК, что приводит, например, к нарушению актинового цитоскелета и других клеточных процессов (Liu et al., 2007; Roldán et al., 2012). В Papaveraceae SI зависит от секретируемого пестиком белка Papaver rhoeas style S (PrsS), который связывается с белком мембраны пыльцевой трубки S-локуса P.r . пыльцы S (PrpS) и активирует Ca ²⁺ -зависимый сигнальный каскад, что приводит к ингибированию пыльцы и запрограммированной гибели клеток (Wheeler et al., 2009; Wu et al., 2011). SI лучше всего понимается в Brassicaceae , которые используют локализованную на поверхности киназу рецептора S-локуса (SRK) в клетках сосочка (Takasaki et al., 2000) и белок, богатый цистеином (SP11 / SCR), локализованный в пыльцевой оболочке (SP11 / SCR) (Schopfer , 1999; Shiba et al., 2001), чтобы отличить себя от чужеродной пыльцы. Их успешное взаимодействие приводит к протеасомозависимой деградации Exo70A1, важного компонента комплекса экзоцисты.Считается, что он участвует в секреции основных факторов прорастания пыльцы, необходимых для гидратации пыльцы (Synek et al., 2006; Samuel et al., 2009). Таким образом, отторжение пыльцы у Brassicaceae происходит уже во время гидратации пыльцы и прорастания на поверхности клеток сосочка. Мало что известно о SI у экономически важных трав (обзор в Dresselhaus et al., 2011). Гидратация и прорастание пыльцы, по-видимому, не пострадали, хотя только трубочки пыльцы травы способны проникать через стебель и достигать передающего тракта.Это указывает на то, что SI в травах зависит от успешного взаимодействия пыльцевой трубки со спорофитными клетками типа и передающего тракта. Сигнальные события, участвующие в этом процессе распознавания, все еще ждут своего открытия. Более подробную информацию о механизмах SI можно найти в Iwano and Takayama (2012), Watanabe et al. (2012) и Дрессельхаус и Франклин-Тонг (2013).

Направление пыльцевой трубки к передающему тракту и через него

После адгезии и гидратации совместимая пыльца прорастает, проникает в стиль и прорастает через внеклеточное пространство стиллярных клеток к передающему тракту (рисунок).Направление роста пыльцевой трубки регулируется образованием различных градиентов, включая воду, γ-аминомасляную кислоту (ГАМК), кальций и другие небольшие молекулы, такие как D-серин. Поток воды во время гидратации образует внешний градиент, определяющий место разрастания пыльцевой трубки, и, как было показано, контролируется триацилглицеридом (Lush et al., 1998; Wolters-Arts et al., 1998). Известно, что приток Ca ²⁺ в область кончика пыльцевой трубки необходим для прорастания и роста трубки (Brewbaker and Kwack, 1963; обзор см. В Steinhorst and Kudla, 2013a) и приводит к образованию колеблющейся вершины на основе цитоплазматический градиент Ca ²⁺ (Ca ²⁺ _cyto ) (Miller et al., 1992; Calder et al., 1997). Первоначально клетки сосочка экспортируют Ca ²⁺ _cyto с помощью аутоингибированной Ca ²⁺ -ATPase13 (ACA13) в сайте адгезии пыльцевых зерен (Iwano et al., 2004, 2014). Внеклеточный Ca ²⁺ затем импортируется в пыльцевую трубку по каналам, подобным рецепторам глутамата (GLR), которые могут стимулироваться D-серином (Michard et al., 2011). В системах животных было показано, что GLR представляют собой неселективные катионные каналы, катализирующие приток Na ⁺ и / или Ca ²⁺ в клетки.Связывание агониста D-серина с GLR, таким образом, должно приводить к открытию канала, что приводит к увеличению Ca ²⁺ _cyto (Gilliham et al., 2006). D-серин продуцируется серин-рацемазой1 (SR1), которая показывает пик экспрессии в стиле, указывающем на доступность D-серина. Индуцированные изменения в концентрации Ca ²⁺ _cyto в пыльцевой трубке могут после этого регулировать и координировать множество различных сигнальных событий, таких как полимеризация актина, и, таким образом, влиять на поведение роста пыльцевой трубки и направление роста.Ca ²⁺ _cyto -сенсоры, принадлежащие к семействам белков кальмодулина (CaM), кальмодулин-подобных белков (CML), кальций-зависимых протеинкиназ (CDPK) и кальциневрину B-подобных белков (CBL). в пыльцевой трубке и, как полагают, контролируют различные события межклеточной коммуникации, на которые указывают их локализация и фенотипы сверхэкспрессии. Присутствие этих различных рецепторов Ca ²⁺ _cyto вокруг сперматозоидов и на кончике пыльцевой трубки указывает на важную роль сигналов Ca ²⁺ как во время роста пыльцевой трубки, так и во время двойного оплодотворения (Zhou et al., 2009; Steinhorst, Kudla, 2013b).

Во время роста пыльцевой трубки кончик должен модулировать окружающую клеточную стенку стиллярных клеток, обеспечивая проникновение через внеклеточное пространство, скорее всего, за счет взаимодействия с экстенсин-подобными белками и арабиногалактановыми белками, а также секрецией ферментов, смягчающих клеточную стенку. и ингибиторы, такие как полигалактуроназы и ингибиторы пектинметилэстеразы (Cosgrove et al., 1997; Grobe et al., 1999; Stratford et al., 2001; Ogawa et al., 2009; Нгема-Она и др., 2012; Woriedh et al., 2013). Передающий тракт состоит из небольших цилиндрических клеток, окруженных внеклеточным матриксом (ЕСМ), который содержит смесь гликопротеинов, гликолипидов и полисахаридов (Lennon et al., 1998). ЕСМ обеспечивает необходимые питательные вещества, а также компоненты для ускоренного, расширенного и управляемого роста пыльцевых трубок (Palanivelu and Preuss, 2006). Без неповрежденного передающего тракта, как у мутанта NO TRANSMITTING TRACT ( NTT ) или его мишени HALF FILLED ( HAF ), рост пыльцевой трубки сильно нарушается и либо замедляется, либо преждевременно прекращается. NTT кодирует фактор транскрипции «цинковые пальцы» C2h3 / C2HC, участвующий в продукции ECM и важный для запрограммированной гибели клеток в передающем тракте при опылении (Crawford et al., 2007). HAF кодирует фактор транскрипции bHLH и участвует в NTT-зависимой регуляции передающего тракта (Crawford and Yanofsky, 2011). Арабиногалактановые гликопротеины TTS1 и TTS2, специфичные для передающего тракта, оказывают положительное влияние на пыльцу табака , выращенную in vitro , и демонстрируют градиент повышенного гликозилирования, коррелирующий с направлением роста пыльцевой трубки внутри передающего тракта (Cheung et al., 1995; Wu et al., 1995). Другим фактором, который положительно влияет на рост пыльцевых трубок и руководство, является хемоцианин, небольшой секретируемый пептид типа лилии (Kim et al., 2003). Различные сигналы, полученные от спорофитов, не только направляют или увеличивают скорость роста пыльцевой трубки, но, скорее, приводят к изменению транскриптома пыльцы и, таким образом, активируют пыльцу для сигналов притяжения, происходящих от женских гаметофитов (Higashiyama et al., 1998; Palanivelu and Preuss , 2006). Недавно сообщалось, что экспрессия de novo близкородственных факторов транскрипции MYB и других генов индуцируется во время роста пыльцевых трубок посредством стиля, регулирующего себя ряда нижестоящих генов.Следовательно, пыльцевые трубки созревают во время своего роста через ткань спорофитов и, таким образом, становятся пригодными для оплодотворения (Leydon et al., 2013, 2014).

Направление пыльцевой трубки яйцеклетки

Сигнальные события, которые контролируют выход пыльцевой трубки из передающего тракта и направление к семяпочке, неизвестны. На примере Arabidopsis было показано, что этот процесс жестко регулируется, и обычно только одна пыльцевая трубка выходит из передающего тракта в непосредственной близости от неоплодотворенной семяпочки.Пыльцевая трубка растет на поверхности перегородки в направлении семяпочки, ткани, соединяющей семяпочка с перегородкой (рисунки; дополнительные видеоролики 1, 2). В семяпочке пыльцевая трубка направляется через микропиле внутри семяпочки с помощью механизма, известного как микропиларовое направление (Shimizu and Okada, 2000). В Arabidopsis сообщалось о градиенте ГАМК перед яйцеклеткой. Трансаминаза ПЫЛЬЦА НА PISTIL2 (POP2) формирует этот градиент через деградацию ГАМК. В умеренных концентрациях ГАМК стимулирует рост пыльцевых трубок и, таким образом, вероятно, поддерживает рост к семяпочкам (Palanivelu et al., 2003). Другой кандидат, участвующий в наведении микропилара, — это D-серин, который уже был описан выше. Ген синтезирующего фермента SR1 также экспрессируется в яйцеклетке, что указывает на присутствие D-серина (Michard et al., 2011). Semi- in vitro эксперименты по оплодотворению выявили колебания уровней Ca ²⁺ _cyto в растущих пыльцевых трубках в зависимости от их расстояния от неоплодотворенной яйцеклетки и особенно от синергидных клеток (Shi et al., 2009; Iwano et al. ., 2012). Связь между Ca ²⁺ _cyto и D-серином через каналы GLR в растущих пыльцевых трубках уже была описана выше. Наблюдаемые изменения в уровне Ca ²⁺ _cyto в зависимости от его расстояния от синергидных клеток могут снова быть результатом этого взаимодействия.

Недавно две экспрессируемые пыльцой митоген-активируемые протеинкиназы (MAPKs), MPK3 и MPK6, были идентифицированы в Arabidopsis , которые являются частью сети управления яйцеклетками. In vivo Анализы опыления показали, что пыльцевые трубки с двойным мутантом mpk3 / 6 не способны расти вдоль семенного канатика после выхода из передающего тракта, но микропиларовое наведение (см. Ниже) не было выполнено у двойных мутантов (Guan et al., 2014 ). MPK3 / 6 представляют собой две цитоплазматические протеинкиназы, которые, по-видимому, являются частью сигнального каскада, опосредующего внеклеточные стимулы для изменения направления роста пыльцевой трубки.

Таким образом, наше текущее понимание управления пыльцевыми трубками яйцеклетки очень ограничено, но, похоже, целый оркестр небольших молекул, происходящих из яйцеклетки, участвует в поддержке и притяжении роста пыльцевых трубок, а в пыльцевых трубках требуется множество сигнальных сетей для реагировать на разнообразный набор сигналов и направлять их рост.

Направляющая трубка для пыльцы из микропилара

По прибытии на поверхность семяпочки пыльцевая трубка достигает последней фазы своего путешествия, которая называется направлением трубки для пыльцы из микропилара. Он проникает в микропиле, отверстие между двумя покровами, и прямо растет к яйцевому аппарату у таких видов, как Arabidopsis (рисунок). В травах пыльцевая трубка сначала должна преодолеть несколько слоев клеток нуцеллуса (Márton et al., 2005), прежде чем она также войдет в контакт с нитевидным аппаратом синергидных клеток, утолщенной и развитой клеточной стенкой на их микропилярном полюсе, где поверхность клеток сильно инвагинирована (Willemse and van Went, 1984; Huang and Russell, 1992).Долгое время считалось, что пыльцевая трубка прорастает через нитевидный аппарат и входит в одну синергидную клетку, что приводит к разрыву пыльцевой трубки и гибели рецептивных синергидных клеток. Недавно было показано, что пыльцевая трубка отталкивается нитевидным аппаратом и вместо этого растет вдоль клеточной стенки синергидных клеток, пока не достигнет определенной точки после нитевидного аппарата, где ее рост останавливается и происходит взрыв (Leshem et al. , 2013). Разрыв пыльцевой трубки приводит к выбросу ее цитоплазматического содержимого, включая два сперматозоида.Синергидные клетки представляют собой основной источник химиоаттрактантов, необходимых для управления пыльцевыми трубками микропилар. Более того, эксперименты по лазерной абляции на Torenia fournieri продемонстрировали, что одной синергической клетки достаточно и необходимо для привлечения пыльцевых трубок (Higashiyama et al., 2001). Таким образом, основная функция нитевидного аппарата может заключаться в значительном увеличении микропиларовой поверхности синергидных клеток, которые представляют собой железистые клетки яйцевого аппарата. Многие известные компоненты, необходимые для роста и направления пыльцевых трубок, связаны с мембраной и накапливаются в нитевидном аппарате, что придает ему дополнительную роль сигнальной платформы.Он содержит, например, высокую концентрацию Ca ²⁺ , которая, как известно, играет ключевую роль во время регуляции роста пыльцевых трубок (Brewbaker and Kwack, 1963; Chaubal and Reger, 1990; Iwano et al., 2004; Michard et al., 2011), а также, по-видимому, впоследствии вызывает разрыв пыльцевой трубки (см. Ниже). В Arabidopsis формирование нитевидного аппарата, а также экспрессия различных аттрактантов в синергидных клетках зависят от активности фактора транскрипции Myb R2R3-типа MYB98 (Kasahara et al., 2005; Punwani et al., 2007). Среди других генов MYB98 регулирует экспрессию генов, кодирующих богатые цистеином белки (CRP), включая те, которые представляют подгруппу дефенсин-подобных (DEFL) полипептидов (Punwani et al., 2008; Takeuchi and Higashiyama, 2012).

Модель сигнальных событий во время притяжения микропиларовой пыльцевой трубки и двойного оплодотворения у Arabidopsis . (A) Микропиларовое отверстие семяпочки образовано внутренними и внешними покровами.Женский гаметофит «голый» на своем микропиларовом полюсе, содержащий одно яйцо (окрашено в синий цвет) и две синергидные клетки (окрашены в зеленый и красный), представляющие яйцевой аппарат. Центральная клетка окружает яичный аппарат. Синергидные клетки являются основными источниками аттрактантов пыльцевых трубок. Среди других компонентов они секретируют пептиды LURE, которые связываются с рецепторами LIP1 / 2, экспрессируемыми пыльцой, тем самым направляя рост пыльцевых трубок. Переносчики кальция участвуют в контроле роста пыльцевых трубок. Плазматические мембраны синергидных клеток содержат высокую концентрацию рецепторов, таких как FER и LRE, особенно в области нитевидного аппарата.При восприятии пыльцевой трубкой NTA перемещается на плазматическую мембрану за счет активности FER, вероятно, регулируемой колебаниями Ca ²⁺ внутри синергидных клеток. (B) Пыльцевая трубка лопается, когда достигает определенной точки за нитевидным аппаратом, и высвобождает свое цитоплазматическое содержимое, включая две сперматозоиды. Разрыв пыльцевой трубки зависит от присутствия и активации FER-, LER-, NTA- и VDD-зависимых сигнальных каскадов, кульминацией которых является гибель рецептивной синергидной клетки (отображается рассеивающимся красным цветом).Освободившиеся сперматозоиды расположены на стороне слияния гамет между двумя женскими гаметами. Две сперматозоиды связаны друг с другом, вероятно, с участием тетраспанинов. Мужские гаметы прикрепляются к женским за счет GEX2, расположенного на их поверхности. После активации яйцеклетка секретирует EC1, что приводит к активации сперматозоидов и локализации HAP2 / GCS1 на плазматической мембране. HAP2 / GCS1 и тетраспанины на поверхности гамет могут участвовать в слиянии мембран. Неизвестные фузогенные белки яиц и центральных клеток, а также рецептор EC1 обозначены вопросительными знаками зеленого, черного и фиолетового цветов соответственно.

В Torenia было показано, что подгруппа DEFL CRP, называемых LURE, секретируется из синергидных клеток и накапливается в нитевидном аппарате (Okuda et al., 2009; Kanaoka et al., 2011). Приманки привлекают пыльцевые трубки предпочтительным для видов образом с расстояния примерно 100–150 мкм, и недавно было показано, что они связываются с концевой областью пыльцевых трубок (Okuda et al., 2009, 2013). Из-за их быстрой молекулярной эволюции было трудно идентифицировать ортологи у других видов растений, но, наконец, было обнаружено, что подгруппа DEFL CRP810 / AtLURE1 из Arabidopsis участвует в наведении микропиларовых пыльцевых трубок (Takeuchi and Higashiyama, 2012).В Zea mays , EGG APPARATUS1 (ZmEA1), небольшой гидрофобный белок-предшественник из 94 аминокислот был описан как специфичный для яичного аппарата белок, необходимый для управления микропиларовыми трубками пыльцы (Márton et al., 2005, 2012). Было показано, что ZmEA1 связывается видоспецифическим образом с апикальной областью пыльцевой трубки, где он быстро интернализуется и разлагается, вероятно, сохраняя чувствительность пыльцевой трубки к аттрактантам пыльцевой трубки при росте через слои клеток микропилар нуцеллуса (Márton et al. ., 2012; Uebler et al., 2013).

Еще более загадочным является роль центральной клетки в направлении микропилара пыльцевой трубки. Например, мутанты magatama ( maa ) обнаруживают дефекты созревания центральных клеток; оба гаплоидных ядра меньше по размеру и часто не сливаются. Пыльцевые трубочки растут в направлении неоплодотворенной яйцеклетки maa , но теряют свой путь непосредственно перед входом в микропиле. Более того, мутантные женские гаметофиты с высокой частотой привлекали две пыльцевые трубки (Shimizu and Okada, 2000). MAA3 , как недавно было показано, кодирует геликазу, необходимую для общего метаболизма РНК, что может объяснять центральный дефект созревания клеток, но не дефект направления пыльцевых трубок (Shimizu et al., 2008). Другим примером центральных клеточно-зависимых дефектов направления микропиларных пыльцевых трубок является транскрипционный регулятор CENTRAL CELL GUIDANCE (CCG), который экспрессируется исключительно в центральной клетке женского гаметофита (Chen et al., 2007). Эти дефекты наведения могут быть косвенными и вызваны нефункциональными или незрелыми центральными клетками, влияющими на созревание клеток яйцевого аппарата и, таким образом, на генерацию компонентов наведения в этих клетках.Возможно также, что молекулы, генерируемые путями MAA3 и CCG, непосредственно регулируют генерацию направляющих молекул в соседних клетках. Также яйцеклетка, по-видимому, участвует в наведении микропилара. GAMETE EXPRESSED 3 (GEX3) представляет собой белок, локализованный в плазматической мембране, который экспрессируется в неоплодотворенной яйцеклетке. Подавление GEX3 с помощью антисмысловой РНК в яйцеклетке ведет к дефектам в управлении микропиларом посредством неизвестного механизма (Alandete-Saez et al., 2008).

До недавнего времени мужские факторы и сигнальные пути, реагирующие на аттрактанты, секретируемые из аппарата яйца, были неизвестны. Были идентифицированы рецептор-подобные киназы (RLK), ПОТЕРЯЮЩИЕСЯ В ПЫЛЬЦЕВЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ 1 (LIP1) и 2 (LIP2), которые предпочтительно экспрессируются в пыльцевой трубке. Оба белка обнаруживают мембранную локализацию благодаря сайту пальмитоилирования и участвуют в AtLURE1-зависимом механизме наведения. lip1 / 2 пыльца двойных мутантов достигает семяпочки, но не может прорасти через микропиле внутри семяпочки, и пыльцевая трубка демонстрирует пониженное притяжение к AtLURE1 (Liu et al., 2013). Однако неясно, принимают ли LIP1 / 2 непосредственное участие в восприятии LURE.

Разрыв пыльцевой трубки и выделение сперматозоидов

Разрыв пыльцевой трубки, по-видимому, регулируется RLK, расположенными на поверхностях партнеров по взаимодействию как мужчин, так и женщин (рисунки). RLK FERONIA / SIRENE (FER / SRN) экспрессируется в большинстве тканей, включая синергидные клетки, где он локализуется преимущественно на их поверхности в области нитевидного аппарата. Мутанты с потерей функции проявляют фенотип чрезмерного роста пыльцевой трубки.Остановка роста пыльцевой трубки и выделение сперматозоидов в яйцеклетках и не удается (Huck et al., 2003; Rotman et al., 2003; Escobar-Restrepo et al., 2007). FER действует как регулятор клеточной поверхности для RAC / ROP GTPases. Недавно было показано, что FER связывается с небольшим секретируемым пептидным фактором быстрого подщелачивания (RALF), что приводит к ингибированию H ⁺ -АТФазы плазматической мембраны, что приводит к подавлению удлинения клеток в первичном корне (Haruta et al. , 2014). Помимо изменений pH, RALF также вызывает увеличение Ca ²⁺ _cyto (Pearce et al., 2001; Харута и Констебель, 2003; Haruta et al., 2008) и, таким образом, может повлиять на остановку роста пыльцевой трубки и, в конечном итоге, ее разрыв. Геном Arabidopsis содержит около 30 RALF -подобных генов, что указывает на возможность того, что секретируемый пыльцой RALF-подобный пептид действительно может участвовать в FER-зависимом восприятии пыльцевой трубки (Olsen et al., 2002). Были идентифицированы другие белки, чья потеря функции напоминает фенотип fer , такие как заякоренный гликозилфосфатидилинозитолом (GPI) белок LORELEI (LRE) и белок семейства NORTIA (NTA) локуса устойчивости к плесени O (MLO).Оба гена экспрессируются в синергидных клетках и обнаруживают сходный фенотип разрастания пыльцевой трубки (Capron et al., 2008; Kessler et al., 2010). NTA кодирует белок с множеством потенциальных трансмембранных доменов, а также сайтом связывания кальмодулина. Частота неоплодотворенных семяпочек у пестиков lre / lre и nta / nta менее выражена по сравнению с пестиками fer / fer . Это открытие указывает на то, что активность FER важна для восприятия пыльцевых трубок, в то время как другие, пока неизвестные факторы действуют избыточно с LRE и NTA.Все эти факторы присутствуют на плазматической мембране синергизма во время контакта пыльцевой трубки. Однако, в то время как FER накапливается в нитевидном аппарате уже до прибытия пыльцевой трубки, NTA перемещается на плазматическую мембрану синергидных клеток в области нитевидного аппарата при контакте пыльцевой трубки. В системе временной экспрессии NTA направляется прямо на плазматическую мембрану. Однако в яйцеклетках Arabidopsis под контролем его эндогенного промотора NTA локализуется в не охарактеризованных компартментах внутри клетки и перемещается на плазматическую мембрану по прибытии пыльцевой трубки, что указывает на наличие активного механизма удержания.Эта релокализация зависит от FER и, следовательно, соединяет FER с NTA в одной и той же сигнальной сети (Kessler et al., 2010). Присутствие кальмодулин-связывающего домена в NTA подтверждает идею о Са ²⁺ -зависимой сигнальной сети, которая активируется по прибытии пыльцевой трубки. Ожидается, что из-за предполагаемого сигнального пептида и якоря GPI, LRE будет локализоваться на внеклеточной стороне плазматической мембраны после прохождения через секреторный путь. Но до сих пор локализация плазматической мембраны могла быть показана только в системе временной экспрессии, а не в самих синергидных клетках (Capron et al., 2008). Необходимо выяснить, изменяется ли локализация LRE в процессе оплодотворения. Другой фактор, необходимый для успешной коммуникации пыльцевых трубок и синергидных клеток, — это VERDANDI (VDD), член специфичного для растений суперсемейства факторов транскрипции B3. Vdd мутанты обнаруживают дефекты идентичности антиподных и синергидных клеток и приводят к отсутствию разрыва пыльцевой трубки после достижения синергидных клеток. В отличие от мутантов fer, nta или lre , о фенотипе избыточного роста не сообщалось, что указывает на то, что VDD может действовать ниже сигнальных компонентов клеточной поверхности (Matias-Hernandez et al., 2010). Мало что известно о мужских факторах, участвующих в коммуникации пыльцевых трубок и синергидных клеток. Сообщалось, что два близкородственных гомолога FER, ANXUR1 (ANX1) и ANX2, участвуют во времени разрыва пыльцевой трубки или, точнее, в ингибировании разрыва пыльцевой трубки. В анализе роста пыльцевых трубок in vitro и пыльца двойных мутантов показывает спонтанное выделение уже после образования выпуклости пыльцы, тогда как пыльцевые трубки in vivo, выросшие в , нормально прорастают на рыльце, но разрываются, прежде чем попасть в яйцевод.Оба рецептора локализуются в основном на апикальном кончике пыльцевой трубки, а также в небольших пузырьках (Boisson-Dernier et al., 2009; Miyazaki et al., 2009). Их чрезмерная экспрессия ингибирует рост за счет чрезмерного экзоцитоза и чрезмерного накопления секретируемого материала клеточной стенки (Boisson-Dernier et al., 2013), предполагая, что основная функция связана с координацией роста посредством стиля, а не разряда сперматозоидов. Другими мужскими факторами, которые участвуют в росте и приеме пыльцевой трубки, являются факторы транскрипции MYB97, MYB101 и MYB120, экспрессируемые пыльцой. myb97 / 101/120 тройные мутанты демонстрируют неконтролируемый рост и не могут выделять свои сперматозоиды после попадания в зародышевый мешок (Liang et al., 2013). Считается, что эти факторы необходимы для того, чтобы пыльцевая трубка могла взаимодействовать с тканями пестика и женским гаметофитом (Leydon et al., 2014). Как уже упоминалось, уровень Ca ²⁺ _cyto изменяется во время удлинения пыльцевой трубки. По прибытии в пыльцевую трубку уровень Ca ²⁺ _cyto начинает колебаться в синергидных клетках, вызванный контактом кончика пыльцевой трубки с синергидной клеткой.Это колебание можно наблюдать до тех пор, пока не лопнет пыльцевая трубка, что приведет к дегенерации одной синергидной клетки (Sandaklie-Nikolova et al., 2007; Iwano et al., 2012; Denninger et al., 2014; Ngo et al., 2014). . Эти изменения в уровне Ca ²⁺ _cyto важны для доставки сперматозоидов и зависят от активности FER и LRE соответственно. Ниже FER локализация NTA на поверхности синергидных клеток и их активность, вероятно, зависят от достаточного уровня Ca ²⁺ _cyto в синергидных клетках (Ngo et al., 2014). Синергидная клетка, которая находится в контакте с пыльцевой трубкой, следует регулируемой программе гибели клеток, которая каким-то образом связана и контролируется разрывом пыльцевой трубки и связана с колебаниями уровня Ca ²⁺ _cyto (Higashiyama et al., 2000; Sandaklie-Nikolova et al., 2007; Denninger et al., 2014; Ngo et al., 2014). Это не может быть объяснено механическим разрушением из-за проникновения пыльцевой трубки. Например, у мутанта fer рост пыльцевой трубки продолжается вокруг синергидных клеток, что должно быть связано с механическим стрессом, но не вызывает гибели синергидных клеток (Escobar-Restrepo et al., 2007). Однако сигнальные события, которые ответственны за запрограммированную гибель клеток в синергидной клетке, еще не изучены. У кукурузы поступление пыльцевой трубки связано с секрецией дефенсиноподобных белков ZmES, вызывающих разрыв пыльцевой трубки за счет активации канала K ⁺ Zea mays 1 (KZM1) в мембране пыльцевой трубки (Amien et al., 2010). ). Остается показать, способны ли эти «токсиноподобные» молекулы также вызывать синергетический взрыв клеток.

Взаимодействие гамет и предотвращение полиспермии

Доставка сперматозоидов, активация и взаимодействия с гаметической мембраной

После высвобождения две сперматозоиды доставляются к так называемому сайту слияния гамет между яйцеклеткой и центральной клеткой (рисунок).Спорный вопрос, требует ли это активного транспорта или он основан исключительно на цитоплазматическом потоке, связанном с разрывом как пыльцевой трубки, так и рецептивных синергидных клеток и / или архитектурой яйцевого аппарата. Большинство цветущих растений, таких как Arabidopsis , генерируют изоморфные сперматозоиды, и поэтому слияние сперматозоидов происходит случайно, либо с яйцеклеткой, либо с центральной клеткой (Berger et al., 2008; Ingouff et al., 2009; Liu et al. ., 2010). Некоторые сообщения предполагают, что оплодотворение яйцеклетки является предпочтительным, что было продемонстрировано, например, на мутантах ЦИКЛИН-ЗАВИСИМОЙ КИНАЗЫ A1 ( CDKA; 1 ), которые генерируют только одну сперматоподобную зародышевую клетку (Iwakawa et al., 2006; Nowack et al., 2006). Эксперименты с фотомечеными сперматозоидами показали, что ни одна из женских гамет не является предпочтительной (Hamamura et al., 2011). Дифференциация на две равные сперматозоиды зависит от активности фактора транскрипции MYB DUO POLLEN 1 (DUO1), который необходим для правильной дифференцировки мужских половых клеток путем регулирования ключевых генов, необходимых для оплодотворения, таких как GAMETE EXPRESSED 2 ( GEX2 ) и GENERATIVE CELL SPECIFIC 1 ( GCS1 ), также известный как HAPLESS 2 ( HAP2 ) (Brownfield et al., 2009). GEX2 кодирует однопроходный трансмембранный белок с филаминовыми повторами, экспонируемыми во внеклеточное пространство. GEX2 локализуется на плазматической мембране сперматозоидов и содержит внеклеточные иммуноглобулин-подобные домены, подобные факторам взаимодействия гамет, обнаруженным у водорослей и млекопитающих (Misamore et al., 2003; Inoue et al., 2005). В присутствии GEX2 две гаметы прикрепляются к яйцеклетке и центральной клетке. gex2 мутантные сперматозоиды демонстрируют пониженную адгезию к женским гаметам, что, вероятно, вызывает нарушение слияния клеток (Mori et al., 2014). GCS1 / HAP2 — еще один фактор, необходимый для взаимодействия гамет у Arabidopsis . После разрыва пыльцевой трубки обе сперматозоиды с мутантами с потерей функции gcs1 / hap2 и остаются в месте слияния и не могут сливаться с женскими гаметами, что приводит к привлечению дополнительных пыльцевых трубок (политубей). Кроме того, было показано, что в отсутствие потенциального слияния GCS1 / HAP2 происходит прикрепление самца к женской гамете, но слияния мембран не видно, подразумевая, что белок опосредует слияние мембран как компонент сигнальных событий, или, что более вероятно, что он непосредственно участвует в событии слияния (Wong and Johnson, 2010; Mori et al., 2014). GCS1 / HAP2 — консервативный белок, который был идентифицирован в геномах всех основных таксонов эукариот, кроме грибов. Gcs1 / hap2 мутантов в гаметах простейших и водорослей приводят к неспособности слияния, предполагая, что этот белок необходим для общего механизма слияния мембран у эукариот (Mori et al., 2006; Hirai et al., 2008; Liu et al. , 2008; Стил и Дана, 2009; Вонг, Джонсон, 2010). По прибытии сперматозоидов в место слияния гамет (рисунок) яйцеклетка начинает секретировать небольшие богатые цистеином белки семейства EGG CELL 1 (EC1).EC1 ведет к перемещению HAP2 / GCS1 из эндомембранной системы на плазматическую мембрану сперматозоидов и, таким образом, активирует сперматозоиды, позволяя им сливаться с женскими гаметами (Sprunck et al., 2012). Похоже, что яйцеклетка сама требует активации, и кальций может играть ключевую роль в этом процессе; на это указывает один сильный транзитент Ca ²⁺ _cyto в яйцеклетке, связанный с разрывом пыльцевой трубки и доставкой сперматозоидов (Denninger et al., 2014), который, таким образом, предшествует секреции EC1.

Перемещение трансмембранного фузогена было также описано для специфического для млекопитающих фузогена IZUMO1 (Inoue et al., 2005). Женские компоненты, которые непосредственно участвуют в слиянии гамет, у высших растений пока неизвестны. У млекопитающих CD9-подобные мембранные белки семейства тетраспанинов расположены на плазматической мембране яиц и, как было показано, необходимы для слияния гамет (Kaji et al., 2000; Le Naour et al., 2000; Miyado et al. , 2000). В Arabidopsis консервативное семейство тетраспанинов состоит из 17 членов.В то время как TET11 и особенно TET12 расположены на поверхности сперматозоидов и достигают высоких концентраций в мембранной области, соединяющей обе сперматозоиды, TET9 появляется на поверхности женских гаметофитных клеток, включая яйцеклетку и центральную клетку (Boavida et al., 2013). Arabidopsis Было показано, что тетраспанинов образуют гомо- и гетеродимеры, но до сих пор функциональные исследования отсутствуют. Однако их присутствие на поверхности гамет растений и структурная гомология с CD9-подобными белками млекопитающих позволяют предположить, что они могут играть аналогичную роль во время взаимодействия гамет.

Деградация фузогенов и предотвращение полиспермии

В целом блоки полиспермии предотвращают множественные события оплодотворения, которые в противном случае привели бы к аномальному развитию или даже к летальному исходу эмбриона и, следовательно, к репродуктивной недостаточности. У Chlamydomonas FUS1, однопроходный трансмембранный белок с высоким сходством с прокариотическими молекулами инвазии и адгезии, обеспечивает слияние мембран (Ferris et al., 1996; Misamore et al., 2003). В Chlamydomonas и GCS1 / HAP2, и FUS1 быстро разрушаются после слияния клеток, что приводит к быстрому мембранному блоку для предотвращения полигамии (Misamore et al., 2003; Лю и др., 2010). У млекопитающих недавно было показано, что IZUMO1 распознается GPI-заякоренным белком JUNO на поверхности яйцеклетки. Быстрая деградация JUNO после оплодотворения предполагает дополнительный механизм мембранного блока для предотвращения полиспермии (Bianchi et al., 2014).

В Arabidopsis было показано, что блок полиспермии функционирует только в яйцеклетке, а не в центральной клетке, которая способна сливаться более чем с одной сперматозоидной клеткой, как продемонстрировано в тетраспоре ( tes ). мутант.Этот мутант производит более одной пары сперматозоидов, которые одновременно выпускаются в месте слияния гамет. После оплодотворения полиплоидия в результате множественных событий оплодотворения наблюдалась в развивающемся эндосперме, но не в эмбрионе (Scott et al., 2008). Причина специфичного для яйцеклеток быстрого блокирования полиспермии неясна. Эксперименты по оплодотворению in vitro с яйцеклетками и сперматозоидами кукурузы показали, что материал клеточной стенки обнаруживается уже в течение 30 секунд после слияния (Kranz et al., 1995) и, таким образом, может предотвратить дальнейшие взаимодействия с гаметической мембраной. Кроме того, быстрое блокирование полиспермии также может зависеть от деградации фузогенов, как описано выше. Кальций может играть роль в немедленной передаче сигналов об успешной плазмогамии и высвобождении материала клеточной стенки, поскольку в яйцеклетке наблюдается удлиненный переходный процесс Ca ²⁺ _cyto , связанный с успешным слиянием гамет (Denninger et al., 2014). Однако точная клеточная функция передачи сигналов кальция во время взаимодействия гамет в настоящее время неясна и требует дальнейших экспериментов.

Другим способом предотвращения полиспермии является деактивация направления пыльцевых трубок и активация механизмов отталкивания. У Arabidopsis обычно только одна пыльцевая трубка направляется внутрь семяпочки для выполнения двойного оплодотворения. После неудачных событий оплодотворения, например, из-за неудачного слияния клеток в gcs1 / hap2, duo1, duo3, gex2, cdka; 1 или ec1-RNAi гамет (Beale et al., 2012; Kasahara et al., др., 2012; Sprunck et al., 2012; Маруяма и др., 2013; Mori et al., 2014), вторичные пыльцевые трубки привлекаются оставшейся синергидной клеткой с помощью процесса, названного политубей. Этот процесс задерживается на пару часов (Kasahara et al., 2012), предполагая, что репелленты пыльцевых трубок высвобождаются при выделении сперматозоидов и требуют деградации до тех пор, пока дополнительные пыльцевые трубки не будут привлечены оставшейся синергидной клеткой. После успешного оплодотворения эта клетка быстро распадается, но остается жизнеспособной значительно дольше после неудачного оплодотворения (Beale et al., 2012). Недавний отчет показал, что обе женские гаметы независимо контролируют успешное оплодотворение, тем самым максимизируя репродуктивный успех (Maruyama et al., 2013). Ключом к предотвращению политубея является быстрая дегенерация 2-й синергидной клетки. Чтобы исследовать его гибель, недавно было сообщено, что после оплодотворения активируется каскад этилен-нечувствительный (EIN3-EIN2) / этилен-нечувствительный3-подобный2 (EIL2) каскад этиленового ответа. Его искусственная активация приводит к преждевременному распаду синергидных клеток и, таким образом, блокирует притяжение пыльцевых трубок (Völz et al., 2013). Таким образом, дегенерация 2-й синергидной клетки приводит к остановке секреции аттрактанта и, в конечном итоге, предотвращает полиспермию.

Активация развития семян

Обе женские гаметы необходимо оплодотворить для получения жизнеспособного потомства. Несмотря на наличие генетического репертуара для генерации каждого типа клеток (в случае оплодотворенной яйцеклетки) или ряда высокоспециализированных типов клеток (в случае оплодотворенной центральной клетки), обе женские гаметы появляются в заблокированном состоянии до тех пор, пока не будут активированы. через оплодотворение.Напротив, партеногенетические яйцеклетки не останавливают и не инициируют деление клеток без оплодотворения. Однако центральная клетка требует оплодотворения у большинства видов растений, даже если они содержат партеногенетические яйцеклетки. Его активация тесно связана с развитием семян, поскольку как партеногенетический эмбриогенез, так и остановка развития семян на ранней стадии без оплодотворения центральных клеток (Koltunow and Grossniklaus, 2003; Barcaccia and Albertini, 2013). Недавние сообщения о Arabidopsis подтверждают интенсивный перекрестный обмен между эндоспермом и эмбрионом, а также между эндоспермом и семенной оболочкой вскоре после оплодотворения (Costa et al., 2014; Фигейредо и Кёлер, 2014). Далее было показано, что зиготический геном активируется вскоре после оплодотворения у этого вида, и как материнский, так и отцовский геномы вносят равный вклад в транскриптом раннего эмбриона (Nodine and Bartel, 2012). Исследования последних двух десятилетий обнаружили множество различий в эпигенетических модификациях мужских и женских геномов, что приводит к вариациям в профилях экспрессии между их генами до и после оплодотворения. Гены группы polycomb и механизмы сайленсинга РНК играют важную роль в этих процессах, но не будут здесь рассматриваться более подробно, так как отличные обзоры можно найти в другом месте (например, в других источниках).г., Van Ex et al., 2011; Геринг, 2013).

Вполне вероятно, что сперматозоиды доставляют факторы, которые активируют женские гаметы после слияния. Транскрипт, кодирующий киназу, ассоциированную с рецептором интерлейкина-1 (IRAK) / ген Pelle-подобной киназы SHORT SUSPENSOR ( SSP ), который, как было показано, доставляется сперматозоидами, транслируется в зиготе и действует в YODA. (YDA) Путь MAPK во время удлинения зиготы (Bayer et al., 2009). В зиготе регуляторная сеть, активируемая SSP-YDA, пока неизвестна.Активация клеточного цикла также может представлять собой ключевой механизм активации и развития семян. Однако cdka; 1 мутантные одиночные сперматеподобные половые клетки, дефектные в регуляторе основного клеточного цикла, способны оплодотворять яйцеклетки и активировать эмбриональную программу (Iwakawa et al., 2006; Nowack et al., 2006). Хотя центральная клетка мутанта cdka; 1 демонстрировала митотические деления при оплодотворении яйцеклетки, она оказалась в основном неоплодотворенной, и пролиферация эндосперма и, следовательно, развитие семян прекратились через определенный момент времени.Это открытие предполагает наличие положительного сигнала пролиферации от зиготы, ведущего к активации клеточного цикла в центральной клетке. Однако иногда две сперматозоиды cdka; 1 доставляются в сайт слияния гамет, что приводит к слиянию обеих женских гамет с одной cdka; 1 мутантной сперматозоидной клеткой каждая. Далее сообщалось, что слияние ядер сперматозоидов и центральной клетки не удается. Нарушение кариогамии в центральной клетке препятствует включению отцовского генома, ухудшает развитие эндосперма и вызывает прерывание семени.Это и вышеупомянутые находки с использованием патеногенетических видов подразумевают, что отцовский геном играет существенную роль во время раннего развития семян и что факторы сперматозоидов также необходимы для активации развития центральных клеток (Aw et al., 2010). Таким образом, очень мало известно о молекулярных механизмах активации обеих женских гамет, которые приводят к инициации развития семян.

Выводы

Эффективное и успешное оплодотворение всех развитых семяпочек является ключом к репродуктивному успеху и имеет важное значение для получения высоких урожаев.Используя модельное растение Arabidopsis , был достигнут огромный прогресс в понимании лежащих в основе клеточных и молекулярных механизмов, которые регулируют рост и направление пыльцевых трубок, доставку спермы и взаимодействие гамет, что приводит к блокированию политубии и полиспермии. Мало что известно об активации гамет и, следовательно, о развитии семян сразу после оплодотворения. Многие из описанных выше процессов включают консервативные механизмы и белки. Некоторые из этих белков являются высокополиморфными и видоспецифичными, что позволяет женским органам цветка отличать себя от чужеродных пыльцевых зерен / пыльцевых трубок, чтобы избежать репродуктивной недостаточности после опыления и оплодотворения несовместимыми гаметофитами и гаметами соответственно.Таким образом, мы узнали, что во время совместимых взаимодействий требуются видоспецифичные или даже специфичные для экотипа молекулы и механизмы, специфичные для семейства растений. Они используются клетками сосочка для контроля прорастания пыльцы, путем передачи клеток тракта во время роста пыльцевой трубки, а также яйцеклетками и женскими гаметофитными клетками на последних этапах пути пыльцевой трубки. Более того, даже выделение сперматозоидов регулируется в зависимости от вида. Еще предстоит показать, зависят ли взаимодействия гамет от видоспецифичных молекул.До сих пор в заключительных процессах оплодотворения, по-видимому, участвовали частично консервативные белки даже от низших до высших эукариот. Полученные знания теперь могут использоваться, например, для исследования механизмов видообразования или могут применяться для преодоления барьеров гибридизации между видами. Первоначальные попытки позволить семяпочкам привлекать пыльцевые трубки из неродственных семейств растений были успешными (Márton et al., 2012). Однако, как указано выше, механизмы двойного оплодотворения очень сложны и регулируются на нескольких уровнях, и будет сложно преодолеть все этапы одновременно, позволяя широкую гибридизацию между видами растений, которые в настоящее время не могут быть скрещены.Основная задача ближайшего будущего — понять механизмы удобрения сельскохозяйственных культур, особенно трав, которые представляют собой наиболее экономически важное семейство растений. Кукуруза была предложена в качестве модели травы и сельскохозяйственных культур для исследования этих процессов (Dresselhaus et al., 2011), но с трудностями трансформации, малым количеством доступных инсерционных мутантов, необходимостью достаточного пространства в теплице и особенно техническими проблемами для визуализации процесса оплодотворения in vivo все еще ограничивает его использование биологами-репродуктологами.Теперь необходимы согласованные усилия, чтобы понять молекулярные механизмы двойного оплодотворения сельскохозяйственных культур, которые значительно отличаются от Arabidopsis как по репродуктивной структуре, так и по генетическому репертуару.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим Эрхарда Строма за его поддержку в 3D-моделировании яйцеклеток Arabidopsis .Работа в лаборатории Дрессельхауса поддерживается грантами Немецкого исследовательского совета (DFG) через Центры совместных исследований SFB924 и SFB960.

Ссылки

• Аландете-Саез М., Рон М., Маккормик С. (2008). GEX3 , экспрессируемый в мужском гаметофите и в яйцеклетке Arabidopsis thaliana , важен для направления микропилярных пыльцевых трубок и играет роль во время раннего эмбриогенеза. Мол. Завод 1, 586–598 10.1093 / mp / ssn015 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Amien S., Кливер И., Мартон М. Л., Дебенер Т., Гейгер Д., Беккер Д. и др. (2010). Дефенсин-подобный ZmES4 опосредует разрыв пыльцевых трубок кукурузы через открытие калиевого канала KZM1. PLoS Biol. 8: e1000388 10.1371 / journal.pbio.1000388 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Aw S. J., Hamamura Y., Chen Z., Schnittger A., ​​Berger F. (2010). Вступления сперматозоидов достаточно для запуска деления центральной клетки, но отцовский геном необходим для развития эндосперма Arabidopsis .Разработка 137, 2683–2690 10.1242 / dev.052928 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Barcaccia G., Albertini E. (2013). Апомиксис в размножении растений: новый взгляд на старую дилемму. Завод Репрод. 26, 159–179 10.1007 / s00497-013-0222-y [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Bayer M., Nawy T., Giglione C., Galli M., Meinnel T., Lukowitz W. ( 2009 г.). Отцовский контроль формирования эмбрионального паттерна у Arabidopsis thaliana . Наука 323, 1485–1488 10.1126 / science.1167784 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Бил К. М., Лейдон А. Р., Джонсон М. (2012). Слияние гамет необходимо, чтобы блокировать попадание нескольких пыльцевых трубок в яйцеклетку Arabidopsis . Curr. Биол. 22, 1090–1094 10.1016 / j.cub.2012.04.041 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Бергер Ф., Хамамура Ю., Ингуфф М., Хигасияма Т. (2008). Двойное оплодотворение — поймано с поличным. Trends Plant Sci. 13, 437–443 10.1016 / j.tplants.2008.05.011 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Бьянки Э., Доу Б., Гулдинг Д., Райт Г. Дж. (2014). Юнона является рецептором яйцеклетки Идзумо и необходим для оплодотворения млекопитающих. Природа 508, 483–487 10.1038 / nature13203 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Боавида Л. К., Цинь П., Броз М., Беккер Дж. Д., Маккормик С. (2013). Arabidopsis тетраспанины ограничены дискретными доменами экспрессии и типами клеток в репродуктивных тканях и образуют гомо- и гетеродимеры при экспрессии в дрожжах.Plant Physiol. 163, 696–712 10.1104 / pp.113.216598 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Буассон-Дернье А., Литуев Д. С., Несторова А., Франк К. М., Тиругнанараджах С., Гроссниклаус У. (2013). Киназы, подобные рецептору ANXUR, координируют целостность клеточной стенки с ростом на кончике пыльцевой трубки посредством НАДФН-оксидазы. PLoS Biol. 11: e1001719 10.1371 / journal.pbio.1001719 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Boisson-Dernier A., ​​Roy S., Kritsas K., Grobei M.A., Jaciubek M., Schroeder J. I. и др. (2009). Нарушение экспрессируемых пыльцой гомологов FERONIA ANXUR1 и ANXUR2 вызывает выброс пыльцевых трубок. Разработка 136, 3279–3288 10.1242 / dev.040071 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Брюбейкер Дж. Л., Квак Б. Х. (1963). Существенная роль иона кальция в прорастании пыльцы и росте пыльцевых трубок. Являюсь. J. Bot. 50, 859–865 10.2307 / 2439772 [CrossRef] [Google Scholar]
• Brownfield L., Hafidh S., Borg M., Sidorova A., Мори Т., Твелл Д. (2009). Специфический для зародышевой линии растений интегратор спецификации сперматозоидов и развития клеточного цикла. PLoS Genet. 5: e1000430 10.1371 / journal.pgen.1000430 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Кальдер Г. М., Франклин-Тонг В. Э., Шоу П. Дж., Дробак Б. К. (1997). Колебания Ca2 + в растительных клетках: инициирование быстрым повышением уровней свободного в цитозоле Ca ²⁺ . Biochem. Биофиз. Res. Commun. 234, 690–694 10.1006 / bbrc.1997.6514 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Capron A., Gourgues M., Neiva L. S., Faure J. -E., Berger F., Pagnussat G., et al. (2008). Материнский контроль доставки мужской гаметы в Arabidopsis включает предполагаемый GPI-заякоренный белок, кодируемый геном LORELEI . Растительная клетка 20, 3038–3049 10.1105 / tpc.108.061713 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Чаубал Р., Регер Б. (1990). Относительно высокое содержание кальция локализуется в синергидных клетках яичников пшеницы. Секс. Завод Репрод. 3, 98–102 [Google Scholar]
• Chen Y.-H., Li H.-J., Shi D.-Q., Yuan L., Liu J., Sreenivasan R., et al. (2007). Центральная клетка играет критическую роль в направлении пыльцевых трубок у Arabidopsis . Растительная клетка 19, 3563–3577 10.1105 / tpc.107.053967 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Косгроув Д. Дж., Бедингер П., Дурачко Д. М. (1997). Аллергены пыльцы трав I группы как средства разрыхления клеточной стенки. Proc. Natl. Акад. Sci. США 94, 6559–6564 10.1073 / pnas.94.12.6559 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Costa L.M., Marshall E., Tesfaye M., Silverstein K. A., Mori M., Umetsu Y. и др. (2014). Пептиды, происходящие из центральных клеток, регулируют формирование паттерна ранних зародышей цветковых растений. Наука 344, 168–172 10.1126 / science.1243005 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Кроуфорд Б. К. У., Дитта Г., Янофски М. Ф. (2007). Ген NTT необходим для развития передающего тракта плодолистиков Arabidopsis thaliana . Curr. Биол. 17, 1101–1108 10.1016 / j.cub.2007.05.079 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Crawford B.К. У., Яновский М. Ф. (2011). HALF FILLED способствует развитию репродуктивного тракта и эффективности оплодотворения Arabidopsis thaliana . Разработка 138, 2999–3009 10.1242 / dev.067793 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Деннингер П., Блекманн А., Лаусер А., Фоглер Ф., Отт Т., Эрхардт Д. и др. (2014). Общение между мужчиной и женщиной запускает сигнатуры кальция во время оплодотворения у Arabidopsis . Nat. Commun. 5: 4645 10.1038 / ncomms5645 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Diboll A.Г., Ларсон Д. А. (1966). Электронно-микроскопическое исследование зрелого мегагаметофита Zea mays . Являюсь. J. Bot. 53, 391–402 10.2307 / 2439880 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Дрессельхаус Т., Франклин-Тонг Н. (2013). Перекрестные помехи между самцом и самкой во время прорастания пыльцы, роста трубки и направления, а также двойного оплодотворения. Мол. Завод 6, 1018–1036 10.1093 / mp / sst061 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Dresselhaus T., Lausser A., ​​Márton M. L. (2011). Использование кукурузы в качестве модели для изучения роста пыльцевых трубок и управления, перекрестной несовместимости и доставки спермы у трав.Аня. Бот. 108, 727–737 10.1093 / aob / mcr017 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Дрюс Г. Н., Колтунов А. М. Г. (2011). Женский гаметофит. Книга арабидопсиса 9: e0155 10.1199 / tab.0155 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Дрюс Г. Н., Ли Д., Кристенсен К. А. (1998). Генетический анализ развития и функции женских гаметофитов. Растительная клетка 10, 5–17 10.1105 / tpc.10.1.5 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Эскобар-Рестрепо Дж.-M., Huck N., Kessler S., Gagliardini V., Gheyselinck J., Yang W.-C. и др. (2007). Киназа, подобная рецептору FERONIA, опосредует взаимодействие между мужчинами и женщинами во время приема пыльцевой трубки. Наука 317, 656–660 10.1126 / science.1143562 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Эванс М. М., Гроссниклаус У. (2009). Мегагаметофит кукурузы, в Справочнике по кукурузе: его биология, ред. Беннетцен Дж. Л., Хейк С. С. (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer New York;), 79–104 [Google Scholar]
• Феррис П. Дж., Весснер Дж.П., Гуденаф У. В. (1996). Гликопротеин распознавания пола кодируется геном положительного спаривания fus1 из Chlamydomonas reinhardtii . Мол. Биол. Клетка 7, 1235–1248 10.1091 / mbc.7.8.1235 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Фигейредо Д. Д., Кёлер К. (2014). Сигнальные события, регулирующие развитие семенной оболочки. Biochem. Soc. Пер. 42, 358–363 10.1042 / BST20130221 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Геринг М. (2013). Геномный импринтинг: идеи растений.Анну. Преподобный Жене. 47, 187–208 10.1146 / annurev-genet-110711-155527 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Гиллихэм М., Кэмпбелл М., Дубос К., Беккер Д., Давенпорт Р. (2006). Arabidopsis thaliana Семейство глутаматоподобных рецепторов (AtGLR), в «Связь в растениях», ред. Балушка Ф., Манкузо С., Фолькманн Д. (Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg;), 205–222 [Google Scholar]
• Гробе К., Беккер В.М., Шлаак М., Петерсен А. (1999). Аллергены трав группы I (бета-экспансины) представляют собой новые протеиназы, связанные с папаином.Евро. J. Biochem. 263, 33–40 10.1046 / j.1432-1327.1999.00462.x [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Гуань Ю., Лу Дж., Сюй Дж., МакКлюр Б., Чжан С. (2014). Две митоген-активируемые протеинкиназы, MPK3 и MPK6, необходимы для фуникулярного направления пыльцевых трубок в Arabidopsis . Plant Physiol. 165, 528–533 10.1104 / pp.113.231274 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Хамамура Ю., Сайто К., Аваи К., Курихара Д., Мияваки А., Накагава Т. и др. (2011).Визуализация живых клеток показывает динамику двух сперматозоидов во время двойного оплодотворения у Arabidopsis thaliana . Curr. Биол. 21, 497–502 10.1016 / j.cub.2011.02.013 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Харута М., Констебель К. П. (2003). Факторы быстрого ощелачивания культур клеток тополя. Выделение пептидов, клонирование кДНК и дифференциальная экспрессия в листьях и клетках, обработанных метилжасмонатом. Plant Physiol. 131, 814–823 10.1104 / pp.014597 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Haruta M., Монсхаузен Г., Гилрой С., Сассман М. Р. (2008). Цитоплазматический функциональный анализ Ca ²⁺ для идентификации и очистки сигнальных пептидов эндогенных клеток в проростках Arabidopsis : идентификация пептида AtRALF1. Биохимия 47, 6311–6321 10.1021 / bi8001488 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Харута М., Сабат Г., Стекер К., Минкофф Б. Б., Сассман М. Р. (2014). Пептидный гормон и его рецепторная протеинкиназа регулируют рост растительных клеток. Наука 343, 408–411 10.1126 / science.1244454 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Хигасияма Т., Куроива Х., Кавано С., Куроива Т. (1998). Направление in vitro пыльцевой трубки к голому зародышевому мешку Torenia fournieri . Растительная клетка 10, 2019–2032 10.1105 / tpc.10.12.2019 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Хигасияма Т., Куроива Х., Кавано С., Куроива Т. (2000). Взрывной выброс содержимого пыльцевых трубок в Torenia fournieri .Plant Physiol. 122, 11–14 10.1104 / стр.122.1.11 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Хигасияма Т., Ябе С., Сасаки Н., Нисимура Ю., Миягишима С., Куроива Х. и др. . (2001). Привлечение пыльцевой трубки синергидной клеткой. Наука 293, 1480–1483 10.1126 / science.1062429 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Хираи М., Араи М., Мори Т., Миягишима С.-Й., Кавай С., Кита К. и др. (2008). Мужская фертильность малярийных паразитов определяется GCS1, фактором воспроизводства растений.Curr. Биол. 18, 607–613 10.1016 / j.cub.2008.03.045 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Hua Z., Kao T.-H. (2006). Идентификация и характеристика компонентов предполагаемого S-локуса петунии, содержащего F-box лигазного комплекса E3, вовлеченного в основанную на S-РНКазе самонесовместимость. Растительная клетка 18, 2531–2553 10.1105 / tpc.106.041061 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Хуанг Б.-К., Рассел С. Д. (1992). Единица женского зародыша: организация, выделение и функция. Int.Rev. Cytol. 140, 233–292 10.1016 / s0074-7696 (08) 61099-2 [CrossRef] [Google Scholar]
• Хак Н., Мур Дж. М., Федерер М., Гроссниклаус У. (2003). Мутант Arabidopsis feronia нарушает женский гаметофитный контроль рецепции пыльцевых трубок. Разработка 130, 2149–2159 10.1242 / dev.00458 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ингуфф М., Саката Т., Ли Дж., Спранк С., Дрессельхаус Т., Бергер Ф. (2009). Две мужские гаметы обладают равной способностью оплодотворять яйцеклетку у Arabidopsis thaliana .Curr. Биол. 19, R19 – R20 10.1016 / j.cub.2008.11.025 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Иноуэ Н., Икава М., Исотани А., Окабе М. (2005). Белок суперсемейства иммуноглобулинов Izumo необходим для слияния сперматозоидов с яйцеклетками. Природа 434, 234–438 10.1038 / nature03362 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ивакава Х., Синмё А., Секин М. (2006). Arabidopsis CDKA; 1, гомолог cdc2, контролирует пролиферацию генеративных клеток в мужском гаметогенезе. Плант Дж. 45, 819–831 10.1111 / j.1365-313X.2005.02643.x [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ивано М., Игараси М., Тарутани Ю., Каотиен-Накаяма П., Накаяма Х., Морияма Х. и др. al. (2014). Индуцируемая пыльцевой оболочкой аутоингибированная Ca ²⁺ -АТФаза, экспрессируемая в клетках стигматических сосочков, необходима для совместимого опыления у Brassicaceae. Растительная клетка 26, 636–649 10.1105 / tpc.113.121350 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ивано М., Нго К., Энтани Т., Шиба Х., Нагаи Т., Мияваки А. и др. (2012). Цитоплазматический Ca ²⁺ динамически изменяется во время взаимодействия пыльцевой трубки с синергидными клетками. Разработка 139, 4202–4209 10.1242 / dev.081208 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ивано М., Шиба Х., Мива Т., Че Ф., Такаяма С., Нагай Т. и др. (2004). Ca ²⁺ динамика в пыльцевом зерне и клетке сосочка при опылении Arabidopsis . Plant Physiol. 136, 3562–3571 10.1104 / pp.104.046961 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Iwano M., Такаяма С. (2012). Самостоятельная / несамо-дискриминация при самонесовместимости покрытосеменных. Curr. Opin. Plant Biol. 15, 78–83 10.1016 / j.pbi.2011.09.003 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Кадзи К., Ода С., Шикано Т., Охнуки Т., Уэмацу Ю., Сакагами Дж. И др. (2000). Процесс слияния гамет нарушен в яйцах мышей с дефицитом Cd9. Nat. Genet. 24, 279–282 10.1038 / 73502 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Канаока М. М., Кавано Н., Мацубара Ю., Сусаки Д., Окуда С., Сасаки Н., и другие. (2011). Идентификация и характеристика TcCRP1, аттрактанта пыльцевых трубок из Torenia concolor . Аня. Бот. 108, 739–747 10.1093 / aob / mcr111 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Касахара Р. Д., Маруяма Д., Хамамура Ю., Сакакибара Т., Твелл Д., Хигасияма Т. (2012). Восстановление оплодотворения после выпуска дефектных сперматозоидов в Arabidopsis . Curr. Биол. 22, 1084–1089 10.1016 / j.cub.2012.03.069 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Kasahara R.Д., Портерейко М. Ф., Сандакли-Николова Л., Рабигер Д. С., Дрюс Г. Н. (2005). MYB98 требуется для направления пыльцевых трубок и дифференцировки синергических клеток у Arabidopsis . Растительная клетка 17, 2981–2992 10.1105 / tpc.105.034603 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Кесслер С. А., Шимосато-Асано Х., Кейнат Н. Ф., Вуэст С. Э., Инграм Г., Панструга Р. и др. (2010). Консервированные молекулярные компоненты для приема пыльцевых трубок и проникновения грибов. Наука 330, 968–971 10.1126 / science.1195211 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ким С., Моллет Ж.-К., Донг Дж., Чжан К., Парк С.-Й., Лорд Э. М. (2003). Хемоцианин, небольшой основной белок рыльца лилии, вызывает хемотропизм пыльцевых трубок. Proc. Natl. Акад. Sci. США 100, 16125–16130 10.1073 / pnas.2533800100 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Колтунов А. М., Гроссниклаус У. (2003). Апомиксис: перспектива развития. Анну. Rev. Plant Biol. 54, 547–574 10.1146 / аннурьев.arplant.54.110901.160842 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Кранц Э., Виген П., Лёрц Х. (1995). Ранние цитологические события после индукции клеточного деления в яйцеклетках и развития зигот после оплодотворения in vitro гаметами покрытосеменных. Плант J. 8, 9–23 10.1046 / j.1365-313X.1995.08010009.x [CrossRef] [Google Scholar]
• Кубо К., Энтани Т., Такара А., Ван Н., Филдс А. М., Хуа З. и др. (2010). Совместная система распознавания несамостоятельности при самонесовместимости на основе S-РНКазы.Наука 330, 796–799 10.1126 / science.1195243 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Лаусер А., Дрессельхаус Т. (2010). Спорофитный контроль роста пыльцевых трубок и руководство травами. Biochem. Soc. Пер. 38, 631–634 10.1042 / BST0380631 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ле Наур Ф., Рубинштейн Э., Жасмин К., Пренан М., Буше К. (2000). Сильно сниженная фертильность самок у мышей с дефицитом CD9. Наука 287, 319–321 10.1126 / science.287.5451.319 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Леннон К.А., Рой С., Хеплер П. К., Лорд Э. М. (1998). Строение передающей ткани Arabidopsis thaliana (L.) и путь роста пыльцевой трубки. Секс. Завод Репрод. 11, 49–59 10.1007 / s004970050120 [CrossRef] [Google Scholar]
• Лешем Ю., Джонсон К., Сундаресан В. (2013). Вход пыльцевой трубки в синергидную клетку Arabidopsis наблюдается на участке, отличном от нитевидного аппарата. Завод Репрод. 26, 93–99 10.1007 / s00497-013-0211-1 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Лейдон А.Р., Бил К. М., Воронецка К., Кастнер Э., Чен Дж., Хорган К. и др. (2013). Три фактора транскрипции MYB контролируют дифференцировку пыльцевых трубок, необходимую для высвобождения сперматозоидов. Curr. Биол. 23, 1209–1214 10.1016 / j.cub.2013.05.021 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Лейдон А. Р., Чайбанг А., Джонсон М. (2014). Взаимодействие между пыльцевой трубкой и пестиком контролирует идентичность пыльцевой трубки и высвобождение сперматозоидов у женского гаметофита Arabidopsis . Biochem. Soc.Пер. 42, 340–345 10.1042 / BST20130223 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Liang Y., Tan Z.-M., Zhu L., Niu Q.-K., Zhou J.-J., Li М., et al. (2013). MYB97, MYB101 и MYB120 действуют как мужские факторы, которые контролируют взаимодействие пыльцевой трубки и синергизма при оплодотворении Arabidopsis thaliana . PLoS Genet. 9: e1003933 10.1371 / journal.pgen.1003933 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Лю Дж., Чжун С., Го Х., Хао Л., Вэй Х., Хуанг К., и другие. (2013). Связанные с мембраной RLCKs LIP1 и LIP2 являются важными мужскими факторами, контролирующими влечение между мужчинами и женщинами у Arabidopsis . Curr. Биол. 23, 993–998 10.1016 / j.cub.2013.04.043 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Лю Ю., Мизамор М. Дж., Снелл В. Дж. (2010). Слияние мембран запускает быструю деградацию двух гамет-специфичных, необходимых для слияния белков в мембранном блоке до полигамии у Chlamydomonas . Разработка 137, 1473–1481 10.1242 / dev.044743 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Liu Y., Тевари Р., Нинг Дж., Благборо А. М., Гарбом С., Пей Дж. И др. (2008). Консервативный ген стерильности растений HAP2 функционирует после прикрепления слитых мембран в гаметах Chlamydomonas и Plasmodium . Genes Dev. 22, 1051–1068 10.1101 / gad.1656508 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Лю Ц.-К., Сюй Г.-Х., Чжан С.-Л. (2007). Pyrus pyrifolia stylar S-РНКаза индуцирует изменения в актиновом цитоскелете в самоопыльце и трубках in vitro .Протоплазма 232, 61–67 10.1007 / s00709-007-0269-4 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Lush W., Grieser F., Wolters-Arts M. (1998). Направленное наведение Nicotiana alata пыльцевых трубок in vitro и на рыльце. Plant Physiol. 118, 733–741 10.1104 / pp.118.3.733 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Луу Д. Т., Цинь X., Морзе Д., Каппадокия М. (2000). Поглощение S-РНКазы совместимыми пыльцевыми трубками при самонесовместимости гаметофитов.Природа 407, 649–651 10.1038 / 35036623 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Мэнсфилд С.Г., Бриарти Л.Г., Эрни С. (1991). Ранний эмбриогенез Arabidopsis thaliana . I. Зрелый зародышевый мешок. Может. J. Bot. 69, 447–460 10.1139 / b91-062 [CrossRef] [Google Scholar]
• Márton M. L., Cordts S., Broadhvest J., Dresselhaus T. (2005). Направление пыльцевых трубок из микропилара с помощью яичного аппарата 1 кукурузы. Наука 307, 573–576 10.1126 / science.1104954 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Márton M.Л., Фастнер А., Ублер С., Дрессельхаус Т. (2012). Преодоление барьеров гибридизации за счет секреции аттрактанта трубки пыльцы кукурузы ZmEA1 из семяпочек Arabidopsis . Curr. Биол. 22, 1194–1198 10.1016 / j.cub.2012.04.061 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Маруяма Д., Хамамура Ю., Такеучи Х., Сусаки Д., Нишимаки М., Курихара Д. и др. (2013). Независимый контроль каждой женской гаметы предотвращает притяжение нескольких пыльцевых трубок. Dev. Клетка 25, 317–323 10.1016 / j.devcel.2013.03.013 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Матиас-Эрнандес Л., Батталья Р., Гальбиати Ф., Рубес М., Эйхенбергер К., Гроссниклаус У. и др. (2010). VERDANDI является прямой мишенью комплекса идентичности яйцеклетки MADS domain и влияет на дифференцировку эмбрионального мешка у Arabidopsis . Растительная клетка 22, 1702–1715 10.1105 / tpc.109.068627 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• МакКлюр Б. А., Харинг В., Эберт П. Р., Андерсон М. А., Симпсон Р.J., Sakiyama F., et al. (1989). Продукты гена самонесовместимости стилей Nicotiana alata являются рибонуклеазами. Природа 342, 955–957 10.1038 / 342955a0 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• МакКью А. Д., Крести М., Фейхо Дж. А., Слоткин Р. К. (2011). Цитоплазматическая связь сперматозоидов с ядром вегетативных клеток пыльцы: пересмотр потенциальных ролей мужских зародышевых единиц. J. Exp. Бот. 62, 1621–1631 10.1093 / jxb / err032 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Michard E., Лима П. Т., Борхес Ф., Сильва А. К., Портес М. Т., Карвалью Дж. Э. и др. (2011). Гены, подобные глутаматным рецепторам, образуют каналы Ca ²⁺ в пыльцевых трубках и регулируются D-серином пестика. Наука 332, 434–437 10.1126 / science.1201101 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Миллер Д. Д., Каллахэм Д. А., Гросс Д. Дж., Хеплер П. К. (1992). Градиент свободного Ca ²⁺ в растущих пыльцевых трубках Lillium . J. Cell Sci. 101, 7–12 [Google Scholar]
• Мизамор М.Дж., Гупта С., Снелл В. Дж. (2003). Белок Chlamydomonas Fus1 присутствует на органелле типа спаривания и слияния и необходим для критического события адгезии к мембране во время слияния с минусовыми гаметами. Мол. Биол. Клетка 14, 2530–2542 10.1091 / mbc.E02-12-0790 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Миядо К., Ямада Г., Ямада С., Хасува Х., Накамура Ю., Рю Ф., и другие. (2000). Потребность CD9 на плазматической мембране яйца для оплодотворения. Наука 287, 321–324 10.1126 / science.287.5451.321 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Миядзаки С., Мурата Т., Сакураи-Озато Н., Кубо М., Демура Т., Фукуда Х. и др. (2009). ANXUR1 и 2 , сестринские гены FERONIA / SIRENE , являются мужскими факторами для координированного оплодотворения. Curr. Биол. 19, 1327–1331 10.1016 / j.cub.2009.06.064 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Мори Т., Игава Т., Тамия Г., Миягишима С.-Й., Бергер Ф. (2014). Для прикрепления гамет требуется GEX2 для успешного оплодотворения у Arabidopsis .Curr. Биол. 24, 170–175 10.1016 / j.cub.2013.11.030 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Мори Т., Куроива Х., Хигасияма Т., Куроива Т. (2006). GENERATIVE CELL SPECIFIC 1 необходим для оплодотворения покрытосеменных. Nat. Cell Biol. 8, 64–71 10.1038 / ncb1345 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ngo Q. A., Vogler H., Lituiev D. S., Nestorova A., Grossniklaus U. (2014). Кальциевый диалог, опосредованный путем передачи сигнала FERONIA, контролирует доставку спермы растений. Dev. Клетка 29, 491–500 10.1016 / j.devcel.2014.04.008 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Nguema-Ona E., Coimbra S., Vicré-Gibouin M., Mollet J.-C., Driouich A. (2012) . Белки арабиногалактана в клетках корня и пыльцевых трубок: распределение и функциональные аспекты. Аня. Бот. 110, 383–404 10.1093 / aob / mcs143 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Нодин М. Д., Бартель Д. П. (2012). Материнский и отцовский геномы в равной степени участвуют в транскриптоме ранних зародышей растений. Природа 482, 94–97 10.1038 / nature10756 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Новак М. К., Грини П. Э., Якоби М. Дж., Лафос М., Конц К., Шнитгер А. (2006). Положительный сигнал от оплодотворения яйцеклетки запускает пролиферацию эндосперма в эмбриогенезе покрытосеменных. Nat. Genet. 38, 63–67 10.1038 / ng1694 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Огава М., Кей П., Уилсон С., Суэйн С. М. (2009). ARABIDOPSIS DEHISCENCE ZONE POLYGALACTURONASE1 (ADPG1), ADPG2 и QUARTET2 являются полигалактуроназами, необходимыми для разделения клеток во время репродуктивного развития в Arabidopsis .Растительная клетка 21, 216–233 10.1105 / tpc.108.063768 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Окуда С., Судзуки Т., Канаока М. М., Мори Х., Сасаки Н., Хигасияма Т. (2013). Приобретение LURE-связывающей активности на кончике пыльцевой трубки Torenia fournieri . Мол. Завод 6, 1074–1090 10.1093 / mp / sst050 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Окуда С., Цуцуи Х., Шиина К., Спранк С., Такеучи Х., Юи Р. и др. (2009). Дефенсин-подобные полипептиды приманки представляют собой аттрактанты пыльцевых трубок, секретируемые синергидными клетками.Природа 458, 357–361 10.1038 / nature07882 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Олсен А. Н., Манди Дж., Скривер К. (2002). Пептомика, идентификация новых катионных пептидов Arabidopsis с консервативными мотивами последовательностей. В Silico Biol. 2, 441–451 [PubMed] [Google Scholar]
• Паланивелу Р., Брасс Л., Эдлунд А. Ф., Прейс Д. (2003). Рост пыльцевых трубок и управление ими регулируется POP2 , геном Arabidopsis , который контролирует уровни ГАМК. Клетка 114, 47–59 10.1016 / S0092-8674 (03) 00479-3 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Паланивелу Р., Прейсс Д. (2006). Отчетливые короткодействующие сигналы семяпочек привлекают или отталкивают Arabidopsis thaliana пыльцевые трубки in vitro . BMC Plant Biol. 6: 7 10.1186 / 1471-2229-6-7 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Паланивелу Р., Цукамото Т. (2012). Поиск пути при размножении покрытосеменных: ведение пыльцевых трубок пестиками обеспечивает успешное двойное оплодотворение. Wiley Interdiscip.Rev. Dev. Биол. 1, 96–113 10.1002 / wdev.6 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Пирс Г., Моура Д. С., Стратманн Дж., Райан К. А. (2001). RALF, повсеместный полипептид с массой 5 ​​кДа в растениях, останавливает рост и развитие корней. Proc. Natl. Акад. Sci. США 98, 12843–12847 10.1073 / pnas.201416998 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Пунвани Дж. А., Рабигер Д. С., Ллойд А., Дрюс Г. Н. (2008). Подсхема MYB98 регуляторной сети синергидных генов включает гены, прямо или косвенно регулируемые MYB98.Плант J. 55, 406–414 10.1111 / j.1365-313X.2008.03514.x [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Пунвани Дж., Рабигер Д. С., Дрюс Г. Н. (2007). MYB98 положительно регулирует батарею экспрессируемых синергидом генов, кодирующих белки, локализованные в нитевидном аппарате. Растительная клетка 19, 2557–2568 10.1105 / tpc.107.052076 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ролдан Дж. А., Рохас Х. Дж., Голдрай А. (2012). Дезорганизация цитоскелета F-actin предшествует разрушению вакуолей в пыльцевых трубках во время реакции самонесовместимости in vivo в Nicotiana alata .Аня. Бот. 110, 787–795 10.1093 / aob / mcs153 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ротман Н., Розье Ф., Боавида Л., Дюма К., Бергер Ф., Фор Дж. (2003). Женский контроль доставки мужской гаметы во время оплодотворения у Arabidopsis thaliana . Добавки. Curr. Биол. 13, 432–436 10.1016 / S0960-9822 (03) 00093-9 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Сэмюэл М. А., Чонг И. Т., Хаасен К. Э., Алдеа-Бриджес М. Г., Стоун С. Л., Горинг Д. Р. (2009). Клеточные пути, регулирующие ответы на совместимую и самонесовместимую пыльцу в рыльцах Brassica и Arabidopsis , пересекаются в Exo70A1, предполагаемом компоненте комплекса экзоцист.Растительная клетка 21, 2655–2671 10.1105 / tpc.109.069740 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Сандакли-Николова Л., Паланивелу Р., Кинг Э. Дж., Копенгейвер Г. П., Дрюс Г. Н. (2007). Гибель синергидных клеток у Arabidopsis запускается при прямом взаимодействии с пыльцевой трубкой. Plant Physiol. 144, 1753–1762 10.1104 / pp.107.098236 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Schopfer C.R. (1999). Мужской детерминант самонесовместимости в Brassica .Наука 286, 1697–1700 10.1126 / science.286.5445.1697 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Скотт Р. Дж., Армстронг С. Дж., Даути Дж., Спилман М. (2008). Двойное оплодотворение у Arabidopsis thaliana включает блокад полиспермии на яйцеклетке, но не на центральной клетке. Мол. Завод 1, 611–619 10.1093 / mp / ssn016 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ши Ю.-Й., Тао В.-Дж., Лян С.-П., Лю Ю., Чжан Л. (2009). Анализ градиента CaM от кончика к основанию при пульсирующем росте пыльцевой трубки с использованием системы in vivo CaM-GFP.Растительная клетка Rep. 28, 1253–1264 10.1007 / s00299-009-0725-z [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Шиба Х., Такаяма С., Ивано М., Шимосато Х., Фунато М., Накагава Т. и др. (2001). Белок пыльцевой оболочки SP11 / SCR определяет S-специфичность пыльцы при самонесовместимости видов Brassica . Plant Physiol. 125, 2095–2103 10.1104 / pp.125.4.2095 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Симидзу К. К., Ито Т., Исигуро С., Окада К. (2008). MAA3 ( MAGATAMA3 ) ген геликазы необходим для развития женских гаметофитов и управления пыльцевыми трубками у Arabidopsis thaliana .Physiol растительной клетки. 49, 1478–1483 10.1093 / pcp / pcn130 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Симидзу К. К., Окада К. (2000). Привлекательные и отталкивающие взаимодействия между женскими и мужскими гаметофитами в руководстве по пыльцевым трубкам Arabidopsis . Разработка 127, 4511–4518 10.5167 / uzh-71801 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Sprunck S., Rademacher S., Vogler F., Gheyselinck J., Grossniklaus U., Dresselhaus T. (2012). EC1, секретируемый яйцеклетками, запускает активацию сперматозоидов во время двойного оплодотворения.Наука 338, 1093–1097 10.1126 / science.1223944 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Стил Р. Э., Дана К. Э. (2009). История эволюции гена HAP2 / GCS1 и полового размножения у многоклеточных животных. PLoS ONE 4: e7680 10.1371 / journal.pone.0007680 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Steinhorst L., Kudla J. (2013a). Кальций — центральный регулятор прорастания пыльцы и роста трубок. Биохим. Биофиз. Acta 1833, 1573–1581 10.1016 / j.bbamcr.2012.10.009 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Steinhorst L., Kudla J. (2013b). Кальций и активные формы кислорода управляют сигнальными волнами. Plant Physiol. 163, 471–485 10.1104 / pp.113.222950 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Стратфорд С., Барн В., Хохорст Д. Л., Сагерт Дж. Г., Коттер Р., Голубевски А. и др. (2001). Богатая лейцином область повторов консервативна в белках, подобных экстензину пыльце (Pex), у однодольных и двудольных. Завод Мол. Биол. 46, 43–56 10.1023 / A: 1010659425399 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Синек Л., Шлагер Н., Элиас М., Квентин М., Хаузер М., Зарский В. (2006). AtEXO70A1, член семейства предполагаемых субъединиц экзоцист, специфически расширенных у наземных растений, важен для полярного роста и развития растений. Плант Ж. 48, 54–72 10.1111 / j.1365-313X.2006.02854.x [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Takasaki T., Hatakeyama K., Suzuki G., Watanabe M., Isogai A., Hinata K . (2000). Киназа рецептора S определяет самонесовместимость стигмы Brassica .Природа 403, 913–916 10.1038 / 35002628 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Такеучи Х., Хигасияма Т. (2012). Видоспецифичный кластер дефенсин-подобных генов кодирует диффузные аттрактанты пыльцевых трубок в Arabidopsis . PLoS Biol. 10: e1001449 10.1371 / journal.pbio.1001449 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Uebler S., Dresselhaus T., Márton M.-L. (2013). Видоспецифическое взаимодействие EA1 с вершиной пыльцевой трубки кукурузы. Сигнал завода. Behav.8, e25682 10.4161 / psb.25682 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Van Ex F., Jacob Y., Martienssen R.A. (2011). Множественные роли малых РНК во время размножения растений. Curr. Opin. Plant Biol. 14, 588–593 10.1016 / j.pbi.2011.07.003 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Фельц Р., Хейдлауфф Дж., Риппер Д., фон Линкер Л., Грос-Хардт Р. (2013 г. ). Передача сигналов этилена необходима для синергетической дегенерации и образования блока пыльцевой трубки.Dev. Клетка 25, 310–316 10.1016 / j.devcel.2013.04.001 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Ватанабэ М., Сувабе К., Сузуки Г. (2012). Молекулярная генетика, физиология и биология самонесовместимости Brassicaceae. Proc. Jpn. Акад. Сер. B ,. Phys. Биол. Sci. 88, 519–535 10.2183 / pjab.88.519 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Уиллер М. Дж., Де Грааф Б. Х. Дж., Хаджиосиф Н., Перри Р. М., Поултер Н. С., Осман К. и др. (2009). Определение детерминанты самонесовместимости пыльцы в Papaver rhoeas .Природа 459, 992–995 10.1038 / nature08027 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Виллемсе М. Т., ван Вент Дж. Л. (1984). Женский гаметофит, в «Эмбриологии покрытосеменных растений», изд. Джори Б. М. (Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg;), 159–196. 10.1007 / 978-3-642-69302-1_4 [CrossRef] [Google Scholar]
• Wolters-Arts M., Lush W. M., Mariani C. (1998). Липиды необходимы для направленного роста пыльцевых трубок. Природа 392, 818–821 10.1038 / 33929 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Wong J.Л., Джонсон М. (2010). Является ли HAP2-GCS1 предковым фузогеном гамет? Trends Cell Biol. 20, 134–141 10.1016 / j.tcb.2009.12.007 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Вориед М., Вольф С., Мартон М. Л., Хинце А., Гарц М., Беккер Д. и др. (2013). Внешнее применение гаметофит-специфичного ZmPMEI1 вызывает разрыв пыльцевой трубки кукурузы. Завод Репрод. 26, 255–266 10.1007 / s00497-013-0221-z [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Wu H. M., Wang H., Cheung A. Y. (1995). Гликопротеин, стимулирующий рост пыльцевых трубок, дегликозилируется в пыльцевых трубках и демонстрирует градиент гликозилирования в цветке.Клетка 82, 395–403 10.1016 / 0092-8674 (95)
  -X [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Wu J., Wang S., Gu Y., Zhang S., Publicover S.J., Франклин-Тонг В. Э. (2011). Самонесовместимость в Papaver rhoeas активирует неспецифическую катионную проводимость, проницаемую для Ca ²⁺ и K ⁺ . Plant Physiol. 155, 963–973 10.1104 / pp.110.161927 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Cheung A, Y., Wang H., Wu H. M. (1995). Гликопротеин, передающий цветочную ткань, привлекает пыльцевые трубки и стимулирует их рост.Клетка 82, 383–393 10.1016 / 0092-8674 (95) -1 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
• Zhou L., Fu Y., Yang Z. (2009). Полногеномная функциональная характеристика регуляторных сенсоров кальция Arabidopsis в пыльцевых трубках. J. Integr. Plant Biol. 51, 751–761 10.1111 / j.1744-7909.2009.00847.x [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

Эволюционное происхождение эндосперма у цветковых растений | Genome Biology

Жизненный цикл растения чередуется между гаплоидной и диплоидной фазами: гаплоидный гаметофит, продуцирующий гаметы, можно рассматривать как функциональный эквивалент зародышевой линии животного, в то время как диплоидный спорофит, продуцирующий споры, включает корневую и побеговую системы.У примитивных растений (таких как мхи и папоротники) гаметофиты обычно свободноживущие, тогда как у семенников гаметофиты половой диморфизм и развиваются в половых органах цветка: мужской гаметофит (пыльцевое зерно) развивается внутри пыльников и женский гаметофит (зародышевый мешок) развивается внутри семяпочек, которые в конечном итоге дают семена после двойного оплодотворения. Структура женского гаметофита и процесс оплодотворения являются отличительными чертами двух филогенетических групп семенных растений: нецветущих голосеменных растений (включая хвойные и саговники) и цветущих покрытосеменных растений (рис. 1).

Рисунок 1

Реконструкция эволюционного онтогенеза эндосперма с помощью филогенетически закрепленной сравнительной эмбриологии. Схематическое изображение филогенетических деревьев (а) голосеменных и (б) покрытосеменных. Указаны только виды, имеющие отношение к тексту или иллюстрации в (c) . Деревья нарисованы согласно [15] и [16] соответственно. (c) Серия примеров видов, иллюстрирующих разнообразие структур зародышевого мешка среди существующих растений и последующее разнообразие плоидности эндосперма.Зародышевый мешок, изображенный для Amborella и Arabidopsis , относится к типу Polygonum. Вариации плоидности эндосперма у Piperaceae и Plumbaginaceae, временное присутствие эндосперма у Orchidaceae и его отсутствие у Podostemonaceae — все это только предсказывается на основе цитологических исследований [3]. Число плоидности эндосперма было точно измерено у некоторых базальных покрытосеменных [1] и известно для Arabidopsis . Для сравнения с женским гаметофитом покрытосеменных (зародышевый мешок) женский гаметофит двух видов голосеменных показан с обильной клеточной гаплоидной тканью и от одной до пяти архегоний, каждая из которых несет одну яйцеклетку.В случае Ephedra яйцеклетки двухъядерные с нормальным ядром яйца и ядром вентрального канала [8]. У голосеменных возникает ситуация «простой сложной полиэмбрионии» [10], в которой несколько яйцеклеток могут быть оплодотворены (митотически различными ядрами сперматозоидов), и каждая зигота затем генерирует четыре клона эмбриона. Степень этой полиэмбрионии варьируется между видами, и здесь изображена упрощенная форма. В конечном итоге выживет только один эмбрион, а остальные вырождаются (серые пунктирные линии в примере Abies ).В случае Ephedra оба ядра яйцеклетки оплодотворяются двумя ядрами сперматозоидов, выделяемыми одной пыльцевой трубкой (двойное оплодотворение), и полиэмбриония также применяется к обоим продуктам оплодотворения [2,8]. Структуры зародышевого мешка были нарисованы на основе [3], а фотографии любезно предоставлены Ботаническим садом штата Миссури [17]: Abies balsamea, Ephedra viridis, Amborella trichopoda, Nymphaea odorata, Peperomia argyreia, Orchis mascula, Plumbagora macrocarpaea и Oenotherapaea. Фотографии Polypleurum dichotomum и Arabidopsis thaliana любезно предоставлены Рольфом Рютисхаузером и Джоном Боуменом соответственно.

У голосеменных женский гаметофит — это большая многоклеточная структура, обнаруженная, например, у основания каждой чешуи сосновой шишки, производящая от одной до пяти архегоний, каждая из которых несет одну яйцеклетку. Большой женский гаметофит питает развивающийся после оплодотворения эмбрион. У покрытосеменных женские гаметофиты встроены в семяпочки, которые, в свою очередь, находятся в яичнике, который после оплодотворения развивается в плод.Каждый зародышевый мешок имеет высокополярную структуру и состоит из небольшого числа различных типов клеток: двух компетентных к оплодотворению клеток (яйцеклетка и центральная клетка) и различного количества стерильных клеток (синергид и антипод) в зависимости от вида ( Фигура 1).

Двойное оплодотворение — отличительная черта покрытосеменных растений. Каждая семяпочка получает пыльцевую трубку, по которой две сперматозоиды доставляются в зародышевый мешок. Один сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, образуя диплоидную зиготу, в то время как другой сперматозоид оплодотворяет центральную клетку, дающую начало эндосперму, который обычно является триплоидным.Считается, что, как и женский гаметофит голосеменных, эндосперм выполняет функцию питания эмбрионов. В зависимости от вида эндосперм может отсутствовать (как у Podostemonaceae, семейство речных сорняков), быть недолговечным (как у Orchidaceae, семейство орхидей), сохраняться в зрелых семенах (как у пшеницы, кукурузы и пальмы) или поглощается развивающимся эмбрионом (как у гороха, фасоли и Arabidopsis ; примеры см. на Рисунке 1).

Репрессия транскрипции определяет центральную клетку для двойного оплодотворения

Отличительной чертой воспроизводства цветковых растений является двойное оплодотворение, характеризующееся оплодотворением двух женских гамет — яйцеклетки и центральной клетки — внутри зародышевого мешка (женский гаметофит) двумя сперматозоиды.Двойное оплодотворение инициирует развитие зародыша и эндосперма, которые составляют основную часть семени. Эмбриональный мешок представляет собой многоклеточную специализированную структуру, происходящую из функциональной мегаспоры, которая является оставшимся продуктом мейоза материнской клетки мегаспоры (1, 2). Функциональная мегаспора претерпевает несколько процессов развития, чтобы генерировать зрелый эмбриональный мешок, включая митотические ядерные деления, клеточность, репозицию ядра и спецификацию клеточной судьбы (2, 3).

Зародышевый мешок демонстрирует структурные вариации у разных таксонов растений (4).Тем не менее, большая часть зрелого зародышевого мешка во всех таксонах состоит из яйцеклеток и центральных клеток, а также двух типов дополнительных клеток: синергидных клеток и антиподальных клеток. Центральная клетка встречается только у цветковых растений среди существующих на Земле видов и является самой большой клеткой в ​​зародышевом мешке (1–3). Его продукт оплодотворения образует эндосперм, питающий эмбрион, который также является важным источником пищи для человека.

Как определяется центральная ячейка, остается неясным. Сообщалось, что гистидинкиназа CYTOKININ INDEPENDENT1 (CKI1) необходима как для развития эмбрионального мешка, так и для спецификации клеточной судьбы как центральных, так и антиподальных клеток в Arabidopsis (5, 6).У мутанта agl80 , который является нулевым для гена, кодирующего центральный клеточно-специфический фактор транскрипции AGL80 , центральная клетка меньше по размеру и не может инициировать эндосперм (7). Таким образом, предполагается, что AGL80 важен для развития центральных клеток, но его молекулярный механизм и программа развития, связанная с нормальным развитием центральных клеток, неизвестны.

В этом исследовании мы показываем, что судьба центральной клетки мутанта agl80 неправильно определена для дополнительных клеток с помощью ряда маркеров, специфичных для типа клеток, и анализа оплодотворения.Мы также предоставляем ряд доказательств, показывающих, что AGL80 действует как репрессор транскрипции через мотив EAR, подавляя экспрессию MYB98 , которая специфически экспрессируется в синергидных клетках. Филогенетический анализ и эксперименты по генетическому спасению дают ключ к разгадке того, что этот молекулярный механизм AGL80 в центральной клетке может сохраняться у Brassicaceae.

Результаты

Нарушена функция центральной клетки, но не направление пыльцевой трубки в

agl80 .

Для проверки развития эмбрионального мешка agl80 , ядерный маркер, специфичный для эмбрионального мешка, был введен BICE1pro: C2 ^NLS -3 × GFP (8) в дикий тип ( WT) и agl80 / + гетерозиготные растения.Затем зародышевые мешки сравнивали на стадии FG5 и после этого, так как AGL80 экспрессия начинается в центральной клетке после клеточной обработки (FG5) (7). Центральная клетка в мутантных семязачатках меньше ( SI Приложение , Fig. S1 A — D ), как сообщалось ранее (7). Кроме того, два полярных ядра сливаются нормально, как в WT ( SI, приложение , рис. S1, E и F ). Это указывает на то, что AGL80 необходим для более поздних стадий дифференцировки после слияния полярных ядер.Репортер GFP шести центральных клеточно-специфических генов (9) был экспрессирован в agl80 / + для подтверждения идентичности центральной клетки. В отличие от WT, у которого все семяпочки демонстрируют флуоресценцию GFP в центральной клетке, примерно половина семяпочек, которые характеризуются меньшими центральными клетками в agl80 / +, гомозиготных по трансгенам, не показывают GFP ( SI Приложение , рис. S1 G и H ). Этот результат подтверждает аберрантное развитие центральных клеток эмбриональных мешков agl80 и .

Направление пыльцевой трубки регулируется центральной клеткой (9, 10), в то время как у мутанта agl80 это не влияет (7). Чтобы прояснить это наблюдение, притяжение пыльцевой трубки было повторно исследовано и оказалось нормальным в agl80 ( SI Приложение , рис. S2 A ). Дальнейшую экспрессию синергид-специфичных аттрактантов пыльцевых трубок LURE1s (11) исследовали с помощью репортерного GFP, управляемого нативным промотором, в яйцеклетках agl80 .Результаты показывают, что по сравнению с паттерном экспрессии синергидов в WT, от 46 до 55% ( n > 200) семяпочек в agl80 / + , которые характерны для более мелкой центральной клетки, демонстрируют флуоресценцию GFP в обоих синергидах. и центральная ячейка ( SI Приложение , рис. S2 B ). Более того, анализ qRT-PCR в реальном времени со зрелыми пестиками agl80 / + показывает сопоставимую или даже более высокую экспрессию LURE1 по сравнению с WT ( SI, приложение , рис.S2 C ). Это объясняет, почему направление пыльцевых трубок является нормальным, даже если развитие центральных клеток аберрантно у мутанта agl80 . Ранее было обнаружено, что центральный клеточно-специфический фактор транскрипции CCG вместе с CBP1 важны для привлечения пыльцевых трубок (9). Мы обнаружили, что экспрессия CCGpro: GUS была специфичной в центральной клетке всех яйцеклеток agl80 / + на стадии FG5 сразу после клеточности и в зрелых зародышевых мешочках ( SI, приложение , рис.S2 D и E ). Эти результаты показывают, что на экспрессию CCG не влияет agl80 . Таким образом, AGL80 важен для других аспектов функции центральных клеток, но не для опосредованного центральными клетками привлечения пыльцевых трубок.

Центральная клетка не может сливаться со сперматозоидами в

agl80 .

Далее предстоит определить, можно ли оплодотворить зародышевый мешок agl80 . С этой целью пыльца маркера сперматозоидов HTR10pro: HTR10-RFP (12) опылялась до пестиков agl80 / +; BICE1pro: C2 ^NLS -3 × GFP .Через 15 ч после опыления (HAP) яйцеклетка agl80 слилась с одной из сперматозоидов, как показано объединенной флуоресценцией сигналов GFP и RFP в яйцеклетке (рис. 1 A — C ), что согласуется с предыдущим сообщением о том, что зигота формируется в эмбриональных мешочках agl80 (7). Однако центральная клетка agl80 не смогла слиться с другой сперматозоидной клеткой, которая остается свободной в зародышевом мешке (Рис. 1 A — C ). Для дальнейшего статистического подтверждения этого результата пестики agl80 / + опыляли пыльцой, несущей меченные RFP сперматозоиды.На 15 HAP наблюдались три различных типа зародышевых мешков: от 52 до 57% имели увеличенные эмбриональные мешки в результате оплодотворения, аналогичные WT (рис. 1 D ), от 43 до 48% содержали неслитые свободные сперматозоиды (рис. 1 E и G ), и от 5 до 10% проявляли автофлуоресценцию без обнаруживаемых сперматозоидов (рис. 1 F и G и SI, приложение , таблица S1). Эта автофлуоресценция, возможно, связана с гибелью центральной клетки. Предполагается, что семяпочки, которые показали автофлуоресценцию или неслияние, содержат agl80 зародышевых мешков.Эти результаты предполагают, что слияние центральной клетки agl80 и со спермой нарушено, что приводит к неспособности инициировать развитие эндосперма.

Рис. 1.

Центральная клетка agl80 не оплодотворяется сперматозоидом. ( A — C ) Конфокальные изображения яйцеклетки agl80 , экспрессирующей BICE1pro: C2 ^NLS -GFP , оплодотворенной пыльцой HTR10pro: HTR10-RFP при 15 HAP. ( A ) Канал GFP.( B ) RFP канал. ( C ) Слияние. ( D — F ) Конфокальные изображения, показывающие три различных типа зародышевых мешков в плодолистике agl80 / + при 15 HAP. ( G ) Статистика трех типов зародышевых мешков в девяти силиках восьми независимых растений agl80 / + при 15 HAP. n > 35 семяпочек из каждой кремниевой кислоты были исследованы на наличие мутанта; n = 100 яйцеклеток для WT. (Масштаб: 20 мкм.)

Центральная клетка переключается на судьбу вспомогательной клетки в

agl80 .

Изучение экспрессии LURE1 в agl80 / + показало, что сигнал GFP распространяется от синергида к полюсу халязала, вероятно, к центральной клетке ( SI Приложение , рис. S2 B ). Учитывая нарушенную экспрессию маркеров центральных клеток и полную целостность эмбриональных мешков agl80 ( SI Приложение , Fig. S1 G ), предполагается, что центральная клетка теряет свою клеточную судьбу и приобретает синергидную судьбу. Для проверки этой гипотезы в agl80 / + были введены синергидный / антиподный клеточно-специфический маркер ЕТ1811 и синергид-специфический маркер ЕТ2632.Оба маркера ЕТ экспрессируются в зародышевом мешке после клеточности ( SI, приложение , рис. S3). В отличие от сигнала GUS, обнаруженного только в синергидах и / или антиподах растений WT (рис.2 A и C ), примерно 50,5% зародышевых мешков для ET1811 и 48,3% для ET2632 демонстрировали аналогичные Паттерн GUS как WT и 48,7% и 50,4%, соответственно, показывают сигнал GUS в центральной клетке, соответствующий меньшему эмбриональному мешку agl80 (рис.2 B и D и SI Приложение , таблица S2).

Рис. 2.

Центральная клетка agl80 принимает судьбу дополнительных клеток. ( A, — D ) Микрофотографии, показывающие экспрессию маркеров синергидных / антиподальных клеток ( A, и B ) и синергидных ( C, и D ) в зрелом WT ( A, и C). ) и agl80 ( B и D ) семяпочек. ( E — H ) Конфокальные изображения синергид-специфичных яйцеклеток MYB98pro: GFP в WT ( E ) и agl80 ( F ).Пунктирными линиями обозначен зародышевый мешок. ( G и H ) Зависящие от Synergid MYB98pro: DD22-GFP в яйцеклетках WT ( G ) и agl80 ( H ). ( I и J ) Специфичные для антиподальных клеток DD1pro: маркер GFP в яйцеклетках WT ( I ) и agl80 ( J ). ( K и L ) Маркер, специфичный для яичных клеток DD45pro: GFP в яйцеклетках WT ( K ) и agl80 ( L ).( M – P ) AGL80: AGL80-GFP в яйцеклетках WT ( M и N ) и cki1-5 ( O и P ). ( Q и R ) CKI1: CKI1-GFP в яйцеклетках WT ( Q ) и agl80 ( R ). Для каждого маркера n = 10 кремнеземов (более 35 семяпочек наблюдались в каждом кремнеземе). Точное количество семяпочек для каждого маркера указано в приложении SI, таблица S1. (Масштаб: 20 мкм.)

Для дальнейшего изучения этого паттерна аберрантной экспрессии синергид-специфические маркеры MYB98pro: GFP и MYB98pro: DD22-GFP , которые управляют центральными клетками секретируемого пептида DD22 в синергиях, были экспрессированы в agl80 / + . Результаты показывают, что примерно половина зародышевых мешков демонстрирует экспрессию MYB98pro: GFP в синергидах, а другая половина демонстрирует экспрессию этого маркера как в синергидах, так и в центральной клетке (рис.2 E — H и SI Приложение , Таблица S2). Точно так же примерно в половине семяпочек DD22-GFP экспрессируется в синергиде и секретируется в нитевидный аппарат, как в зародышевых мешочках WT (рис.2 G ), но в другой половине семяпочек с более мелкими центральных клеток, он также экспрессируется в центральной клетке (Рис. 2 H и SI Приложение , Таблица S2). Эти результаты подтверждают, что гены, специфичные для синергидных клеток, эктопически экспрессируются в центральной клетке эмбриональных мешочков agl80 .

Впоследствии маркер антиподальных клеток, DD1pro: GFP , был введен в растения WT и agl80 / +. Было обнаружено, что экспрессия DD1 ограничивается антиподальными клетками в WT (рис. 2 I ), но распространяется на центральную клетку в половине семяпочек в agl80 / + (рис. 2 J и SI Приложение , Таблица S2). Однако, когда специфический для яйцеклеток маркер DD45pro: GFP был введен в agl80 / +, и WT, и меньший эмбриональный мешок agl80 продемонстрировали специфическую экспрессию GFP в яйцеклетке (рис.2 K и L и SI Приложение , таблица S2). Эти данные показывают, что центральная клетка в эмбриональных мешочках agl80 и принимает клеточную судьбу дополнительных клеток, и что AGL80 необходим для определения клеточной судьбы центральной клетки.

Чтобы изучить возможную взаимосвязь между CKI1 и AGL80, экспрессию AGL80: AGL80-GFP и CKI1: CKI1-GFP исследовали в мутантах cki1-5 / + и agl80 / + , соответственно.В cki1-5 / + только 29.8% из cki1-5 эмбриональных мешков могут развиваться до стадии клеточности, и в большинстве случаев эти мутантные зародышевые мешки неспособны подвергнуться слиянию полярных ядер (5). Сообщалось, что AGL80 экспрессируется немедленно в полярных ядрах, которые подвергаются слиянию в центральной клетке. Таким образом, мы можем сосчитать только несколько cki1-5 зародышевых мешков, которые находятся на стадии ядерного синтеза или завершили ядерный синтез. Наши результаты показывают, что у WT AGL80-GFP экспрессируется и локализуется в центральном ядре клетки (рис.2 M ), а у растений T1 cki1-5 / +; AGL80-GFP среди 375 проанализированных семяпочек наблюдались три типа семяпочек. Двадцать девять яйцеклеток (7,7%) показали сигнал GFP в противоположных полярных ядрах, 96 яйцеклеток (25,6%) показали GFP в центральной клетке, а 250 яйцеклеток (66,7%) не показали сигнал GFP (рис. 2 O). и P ). В растениях T1 agl80 / +; CKI1-GFP среди 354 исследованных семяпочек 49% показали сильный сигнал GFP в антиподах и слабый сигнал в центральной клетке, аналогичный таковому в зародышевых мешках WT (рис.2 Q ) (13), и 48% показали тот же паттерн GFP, но с меньшим зародышевым мешком, что указывает на зародышевый мешок agl80 (рис. 2 R ). Эти результаты предполагают, что agl80 может не влиять на экспрессию CKI1 в центральной клетке, и что у мутанта cki1-5 / + небольшая фракция яйцеклеток, которые переходят на стадию оппозиции полярных ядер, может инициировать AGL80. выражение.

AGL80 Взаимодействует с Corepressor TOPLESS.

Чтобы изучить механизм AGL80 в определении идентичности центральной клетки, была проанализирована последовательность белка AGL80, который выявил предполагаемый мотив EAR, LNLNL, в С-концевой области (рис.3 А ). Факторы транскрипции с мотивами EAR часто взаимодействуют с белками семейства TOPLESS (TPL) и другими факторами для транскрипционной репрессии нижележащих генов в различных биологических путях (14). Таким образом, взаимодействие между AGL80 и пятью белками семейства TPL было протестировано с помощью анализов коиммунопреципитации (co-IP) с протопластами Arabidopsis . Результаты показывают, что AGL80 может взаимодействовать со всеми членами семейства TPL (Fig. 3 B — D ), предполагая, что AGL80, возможно, может функционировать как репрессор транскрипции.

Рис. 3.

AGL80 взаимодействует с белками семейства TOPLESS через мотив EAR. ( A ) Доменная структура AGL80. ( B – D ) Анализ Co-IP с протопластами Arabidopsis , показывающий взаимодействие AGL80 с членами TOPLESS. ( E ) Анализ GST pull-down, показывающий, что His-AGL80 взаимодействует с GST-TPL, но не с His-AGL80m. ( F ) Выражение AGL80pro: AGL80m-GFP . (Шкала: 20 мкм.) ( G ) Семена засевают через 3 дня после внесения удобрений.Были проанализированы пять независимых трансгенных линий и пять стеблей для каждого генотипа.

Чтобы проверить, зависит ли взаимодействие между AGL80 и TPL / TPR от мотива EAR, мотив EAR LNLNL был мутирован в ANANA для генерации мутантного белка AGL80m, а затем взаимодействие белков было протестировано с помощью анализа GST pull-down in vitro. Результаты показывают, что His-AGL80, а не His-AGL80m взаимодействует с GST-TPL (фиг. 3 E ), указывая на то, что взаимодействие между AGL80 и TPL зависит от мотива EAR.Кроме того, генетическая комплементация agl80 / + AGL80pro: AGL80m-GFP показала, что мутировавший AGL80 все еще локализован в ядрах центральных клеток (рис. 3 F ), но не смог спасти дефект набора семян (рис. 3). G ). Это указывает на то, что мотив EAR важен для функции AGL80.

AGL80 подавляет экспрессию

MYB98 в центральной клетке.

Следующий вопрос заключается в том, может ли AGL80 подавлять экспрессию синергид-специфических генов в центральной клетке. AGL80-GFP , управляемый промотором MYB98, экспрессировался в растениях WT для эктопической экспрессии AGL80 в синергиях (фиг. 4 A и B ). Трансгенные растения демонстрируют переменный коэффициент прерывания семени, вызванный дефектным направлением пыльцевых трубок (рис. 4 C — F ), что позволяет предположить, что гены, участвующие в наведении пыльцевых трубок, могут быть затронуты. Затем были исследованы синергид-специфичные гены семейства MYB98 и его нижележащие гены семейства LURE1 , положительно вовлеченные в этот процесс (15, 16).Как и ожидалось, с помощью qRT-PCR было обнаружено, что экспрессия MYB98 подавляется в зрелых стручках из восьми независимых гомозиготных трансгенных линий T3 (фиг. 4 G ). Между тем, процент фенотипа наведения пыльцевой трубки отрицательно коррелировал с уровнем экспрессии MYB98 у этих растений (рис. 4 F и G ). Таким образом, AGL80, по-видимому, ингибирует экспрессию MYB98 , влияя на экспрессию регулируемых MYB98 генов, таких как LURE s, XIUQIU s и TICKET s (17, 18).

Рис. 4.

AGL80 непосредственно репрессирует экспрессию MYB98 . ( A и B ) Конфокальные изображения, демонстрирующие эктопическую экспрессию AGL80 в трансгенной яйцеклетке MYB98pro: AGL80-GFP . ( C ) Окрашивание анилиновым синим показывает пыльцевую трубку WT в семяпочке WT при 24 HAP. ( D и E ) Дефектное направление пыльцевой трубки в трансгенных семязачатках T1 на 24 HAP пыльцой WT. ( F ) Статистика дефектов направления пыльцевых трубок у WT и восьми независимых гомозиготных трансгенных растений по Т3. n = 10 стеблей для каждого генотипа. ** P <0,01, тест Стьюдента t . ( G ) Результат qRT-PCR в реальном времени, показывающий уровень MYB98 в пестиках WT и восемь трансгенных растений в F . Данные представлены как среднее значение ± стандартное отклонение для трех повторов. ** P <0,01; * P <0,05, тест Стьюдента t . ( H ) Анализ EMSA, показывающий связывание His-AGL80 с тремя зондами-кандидатами интактного и мутантного боксов CArG промотора MYB98 .CArG1, CArG2 и CArG3 относятся к трем зондам, а CArG1m, CArG2m и CArG3m относятся к мутантным зондам. ( I ) Конфокальные изображения, показывающие экспрессию MYB98: GFP ( слева, ) и MYB98m: GFP , в которых три блока CArG были мутированы ( справа, ). ( J ) Конфокальное изображение, показывающее DD22-mCherry и AGL80-GFP в синергиях. ( K ) Конфокальное изображение, показывающее DD22-mCherry в центральной ячейке семяпочки WT. Было исследовано более 20 стручков (> 35 семяпочек на стручок).(Масштаб: 20 мкм.)

AGL80 принадлежит к семейству факторов транскрипции MADS типа I (19). Домен MADS-бокса этого семейства связывается с цис--действующими элементами CArG-бокса в промоторе нижележащих генов. Чтобы проверить, является ли MYB98 прямой мишенью для AGL80, был проведен анализ сдвига электрофоретической подвижности (EMSA) с очищенным белком His-AGL80 и тремя предсказанными последовательностями боксов CArG в промоторе MYB98 . Результаты показывают, что His-AGL80 может связываться со всеми тремя предсказанными боксами CArG, но не с мутированным боксом CArG (рис.4 H ). Кроме того, промотор MYB98 со всеми этими тремя мутированными блоками CArG был использован для управления экспрессией репортера GFP в растениях WT. В 12 трансгенных линиях T1 сигнал GFP был обнаружен не только в синергидах, но и в центральной клетке (рис. 4 I ), что указывает на то, что эти CArG-боксы необходимы для репрессии транскрипции MYB98 в центральной клетке. . Кроме того, конструкция центрального клеточного маркера DD22: mCherry была трансформирована в растения Т3 MYB98: AGL80-GFP-1 .В поколении T1 были проанализированы девять стеблей от четырех независимых трансгенных линий T1. Под конфокальной микроскопией наблюдали не менее 35 семяпочек от каждого кремнезема. Было замечено, что среди 305 проверенных яйцеклеток 36 (12%) несут видимые сигналы как AGL80-GFP, так и mCherry. Во всех этих яйцеклетках mCherry обнаруживал эктопическую синергетическую экспрессию в дополнение к экспрессии центральной клетки (фиг. 4 J и K ). Сорок семяпочек несли видимый сигнал mCherry только в центральной клетке, 163 семяпочки (53%) демонстрировали сигнал GFP только в синергидах, а 66 семяпочек (22%) не демонстрировали видимого сигнала.Это означает, что только AGL80 может запускать перестройку клеточной судьбы в синергиде. Тем не менее, сигнал mCherry в синергиде был слабым по сравнению с сигналом в центральной клетке, возможно потому, что другие центральные клеточные компоненты, такие как другие AGL, также необходимы для спецификации клетки.

MADS box белки часто функционируют в форме димеров в регуляции транскрипции, и AGL80, возможно, образует гетеродимер с AGL61 в центральной спецификации клетки (20, 21). Чтобы выяснить, достаточно ли самого AGL80 в качестве гомодимера для регуляции экспрессии синергидного гена, был проведен ко-IP с протопластами Arabidopsis .Результаты показывают, что действительно меченые белки AGL80-GFP и AGL80-HA связываются друг с другом ( SI, приложение , рис. S4). Эти данные предполагают, что только AGL80 может репрессировать экспрессию MYB98 в центральной клетке путем прямого связывания с мотивами CArG-бокса, и что эктопически экспрессируемый AGL80 может до некоторой степени переключать клеточную судьбу синергидов в центральную клетку.

Функция AGL80 сохраняется у Brassicaceae.

Центральная клетка возникает в покрытосеменных, и ее эволюционная история неизвестна.Бласт-анализ и гомологичное сравнение последовательностей белка AGL80 у 94 секвенированных видов, включая 93 вида в базе данных Phytozome 12 и Thellungiella parvula (солеустойчивый вид по сравнению с Arabidopsis thaliana) показали, что гомологичные последовательности могут быть идентифицированы из 65 секвенированных виды, в том числе печеночник, мох, папоротник, голосеменные (ель обыкновенная) и покрытосеменные. Гомологи у девяти видов Brassicaceae — Arabidopsis halleri , Arabidopsis lyrata , A.thaliana , Boechera stricta , Brassica oleracea , Brassica rapa , Conradina grandiflora , Eutrema salsugineum и T. parvula — очень похожи, и все они имеют N-концевой домен MADS, a С-концевой домен, содержащий мотив EAR LxLxL (LxLxP в T. parvula и LxLxQ в E. salsugineum, другой солеустойчивый вид) и средний неизвестный домен (фиг. 5 A ). Гомологи у видов, не принадлежащих к семейству Brassicaceae, имеют относительно высокое сходство с AtAGL80 только в бокс-домене MADS и центральном домене, но имеют более низкую гомологию в C-концевом домене ( SI, приложение , рис.S5). Кроме того, виды в таксонах за пределами семейства Brassicaceae не содержат канонический мотив EAR ( SI, приложение , рис. S5). Чтобы исследовать функциональную консервацию гомологов с каноническим мотивом EAR, гомологи в Capsella rubella и B. rapa в семействе Brassicaceae были клонированы и управлялись промотором AGL80 для экспрессии в растениях agl80 / + . Результаты показывают, что CrAGL80 и BrAGL80 могут спасти дефект набора семян agl80 / + в поколении T1 (рис.5 В ). Эти результаты предполагают, что AGL80-опосредованный механизм репрессии транскрипции через канонический мотив EAR в центральной спецификации клетки происходит от семейства Brassicaceae.

Рис. 5.

Эволюция AGL80 и рабочая модель спецификации центральной ячейки. ( A ) Филогенетическое древо и расположение доменов репрезентативных ортологов AGL80. Ортологи AGL80, использованные в выравнивании, взяты из Amborella trichopoda, Brassica rapa, Glycine max , Zea mays, Oryza sativa , Capsella rubella , ели европейской, Marchantia polymorpha , Physelcomitrella patens и Physcomitrella patens и . . желтый, домен MADS box; фиолетовый, неизвестный домен между MADS-боксом и С-концевым доменом; серый, С-концевой домен; синий, специфичный для домена в P. Patens ; красный, мотив EAR. ( B ) Набор семян трансгенного agl80 / + , экспрессирующего соответствующие ортологичные гены. Для каждого генотипа исследовали по 10 стручков. ( C ) AGL80 действует как репрессор транскрипции, прямо и косвенно регулируя гены, специфически экспрессируемые во вспомогательных клетках и центральной клетке.X — неизвестный фактор, который подавляется AGL80. ( D ) CKI1 и AGL80 последовательно определяют центральную ячейку. ac — антиподальная клетка; cc, центральная ячейка; sc, синергидная клетка; ec, яйцеклетка.

Обсуждение

Здесь мы сообщаем о фенотипическом и функциональном анализе AGL80 как репрессора транскрипции, определяющего судьбу центральной клетки. AGL80 и AGL61 образуют гетеродимер и, скорее всего, вместе функционируют в центральной клетке (20, 21). DD1 , а также DD3 , который экспрессируется в основном во вспомогательных клетках, также экспрессируется в центральной клетке мутанта agl61 (20).Основываясь на этих находках, мы предполагаем, что AGL80, возможно вместе с AGL61, репрессирует дополнительные клеточно-специфические гены посредством TPL / TPRs (Fig. 5 C ). Кроме того, AGL80 может, возможно, репрессировать другой фактор транскрипции, который ингибирует экспрессию центральных клеточно-специфических генов до образования центральной клетки (Fig. 5 C ). Компонент передачи сигналов цитокинина CKI1 экспрессируется в центральной клетке и антиподах и определяет их (5). У мутанта cki1 центральная клетка и антиподы приобретают судьбу яйцеклетки, но в agl80 они приобретают судьбу дополнительных клеток.Таким образом, оказывается, что до окончательной спецификации центральная клетка потенциально может развиться в яйцеклетку или во вспомогательные клетки. Экспрессия CKI1 в зародышевых мешках начинается на стадии функциональных мегаспор и сохраняется в антиподах и центральной клетке при зрелости (5, 6, 13, 22), в то время как экспрессия AGL80 инициируется при слиянии полярных ядер и присутствует только в центральная ячейка (7), предполагая, что CKI1 и AGL80 , возможно, последовательно определяют центральную ячейку (рис.5 D ). После клеточности CKI1 способствует слиянию полярных ядер и ингибирует переключение транскрипции халазальных гаметофитных клеток (центральные клетки и антиподы) на микропиларные гаметофитные клетки (яйцеклетки и синергиды). Таким образом, до слияния полярные ядра все еще могут нести программу транскрипции с двух полюсов, а незрелая центральная клетка обладает способностью дифференцироваться во все четыре типа клеток. При слиянии экспрессия AGL80 и дополнительно подавляет параметры транскрипции для дополнительных клеток и облегчает программу транскрипции центральной клетки.

Центральная клетка присутствует во всех цветковых растениях, и никаких переходных видов не обнаружено в существующих видах или окаменелостях, поэтому происхождение центральной клетки остается загадкой (23). Были предложены две основные гипотезы происхождения центральной клетки: что она происходит от альтруистической яйцеклетки-компаньона и что она происходит от сексуализированного женского гаметофита голосеменных (24). С точки зрения экспрессии генов, зародышевый мешок agl80 содержит только одну гаметическую клетку, яйцеклетку, окруженную дополнительными клетками, которые напоминают голосеменное растение.В отличие от agl80 , ряд генетических исследований предполагает, что потеря специфических генов может переключать другие клетки эмбрионального мешка на яйцеклетки (25–27). Наши результаты подтверждают предположение, что дополнительные клетки могут транскрипционно перестраиваться в центральную клетку. С другой стороны, изучение того, участвует ли репрессия транскрипции с помощью AGLs с неканоническим мотивом EAR или др. Транскрипционными факторами в спецификации центральной клетки в др. Таксонах, не относящихся к Brassicaceae, обеспечит дальнейшее понимание эволюции центральной клетки.

Двойное оплодотворение покрытосеменных растений

Двойное оплодотворение Определение

Размножение растений обычно достигается за счет удобрения или, точнее, двойного оплодотворения. Двойное оплодотворение — это сложный механизм оплодотворения, который состоит из слияния одного женского гаметофита (мегагаметофита, также называемого зародышевым мешком) с двумя мужскими гаметами (спермой).

Что такое двойное оплодотворение?

Двойное оплодотворение — это процесс, развивающийся у цветковых растений (или покрытосеменных).В общих чертах, процесс состоит из пары сперматозоидов, где яйцеклетка оплодотворяется одной сперматозоидом для образования зиготы, а другая сперматозоид сливается с двумя полярными ядрами или вторичными ядрами, что приводит к образованию эндосперма.

Процесс двойного оплодотворения

Пыльца должна развиваться и развиваться по всему стилю, чтобы перейти в семяпочку после того, как она откладывается на рыльце. Пыльца или микроспоры состоят из двух клеток, а именно генеративной клетки и клетки пыльцевой трубки.

Клетка пыльцевой трубки превращается в пыльцевую трубку, через которую проходит развивающаяся клетка. Эволюция пыльцевой трубки требует кислорода, воды и определенных химических указаний. По мере того, как пыльцевая трубка проходит через стиль, чтобы пройти через зародышевый мешок, ткани стиля поддерживают его дальнейшее развитие.

На протяжении всей процедуры, если генеративная клетка еще не разделилась на две клетки, она диссоциирует с образованием двух сперматозоидов. Синергиды, существующие в зародышевом мешочке, выделяют определенные химические вещества, которые обеспечивают проход пыльцевой трубки.Далее пыльцевая трубка проходит через микропиле в мешок семяпочки.

Любая из двух сперматозоидов оплодотворяет яйцеклетку, чтобы создать диплоидную зиготу, а альтернативная сперматозоид связывается с двумя другими вторичными ядрами (полярными ядрами), чтобы развить триплоидную клетку, которая эволюционирует в эндосперм.

Эти два отдельных метода оплодотворения покрытосеменных растений в сочетании друг с другом называются двойным оплодотворением. После завершения механизма оплодотворения не остается места для других сперматозоидов.Оплодотворенная семяпочка дает семена, а ткани яичника развиваются в плоды, в которых обычно есть семена.

После процесса оплодотворения начинается развитие эмбриона. Зигота разделяется, чтобы произвести две клетки, а именно верхнюю клетку или концевую клетку и нижнюю клетку или базальную клетку. Диссоциация базальной клетки приводит к суспензору, который в конечном итоге создает связь с материнской тканью. Суспензор предлагает путь для передачи пищи развивающемуся эмбриону от родительского растения.

Конечная клетка также диссоциирует с образованием проэмбриона земной формы. В случае эвдикотов или двудольных форма растущего зародыша похожа на сердце из-за наличия двух рудиментарных семядолей. В случае неэндоспермных двудольных растений, включая Capsella bursa, эндосперм растет на начальной стадии, но затем переваривается. В этом случае запасы корма переносятся в две семядоли.

Семядоли и зародыши скапливаются в растущих семенах и вынуждены скручиваться по мере увеличения.В конце концов, семядоли и зародыш полностью занимают семя, в течение которого семя становится доступным для распространения. Развитие зародыша приостанавливается через определенный период времени и возобновляется только после того, как семя вырастет. Развивающийся саженец зависит от запасов питательных веществ, содержащихся в семядолях, если только первая пара листьев не начнет фотосинтез.

Двойное оплодотворение покрытосеменных растений

Покрытосеменные — это растения, которые производят цветы, и представляют собой наиболее особый класс наземной флоры.Цветы создают репродуктивный орган покрытосеменных растений с отдельными женскими и мужскими репродуктивными частями. Каждый орган состоит из гамет — яйцеклеток и сперматозоидов соответственно.

Опыление помогает пыльцевым зернам достичь стигмы через стиль. Две сперматозоиды проходят через синергидную яйцеклетку. Этот процесс приводит к оплодотворению. Оплодотворение у покрытосеменных приводит к образованию двух структур: эндосперма и зиготы. Таким образом, название механизма — двойное оплодотворение.

Двойное оплодотворение: это процедура, в которой используются 2 сперматозоиды. В этом процессе одна клетка соединяется с клеткой яйца, а другая клетка соединяется с двумя полярными или материнскими ядрами, что дает триплоидное (3n) первичное ядро ​​эндосперма (PEN) и диплоидную (2n) зиготу.

Причина, по которой это называется тройным слиянием, заключается в том, что эндосперм является результатом комбинации трех гаплоидных ядер. В конечном итоге ядро ​​первичного эндосперма прорастает в первичную клетку эндосперма (ПЭК), а затем в эндосперм.Зигота превращается в зародыш после нескольких диссоциаций клетки.

Развитие эмбриона у покрытосеменных растений

В момент завершения процесса оплодотворения начинается развитие эмбриона, и дальнейшее прохождение сперматозоидов через яичник не допускается. Оплодотворенная семяпочка превращается в семя, а ткани яичника превращаются в мясистый плод, охватывающий семя.

[Изображение будет скоро загружено]

После процесса оплодотворения зигота разделяется на верхнюю конечную клетку и нижнюю базальную клетку.Последний превращается в суспензор, который помогает транспортировать пищу развивающемуся эмбриону. Верхняя терминальная клетка превращается в проэмбрион.

Фазы развития зародыша у покрытосеменных растений

В развитии эмбриона участвуют следующие различные фазы:

• Во время начальной фазы развития терминальная клетка диссоциирует, образуя проэмбрион в форме шара. Кроме того, базальная клетка также расщепляется на суспензор.

• Развивающийся зародыш приобретает сердцевидную форму из-за наличия семядолей.

• Развивающийся эмбрион становится перегруженным и начинает принимать разные формы.

• Зародыш занимает все пространство семени.

Значение двойного оплодотворения

Значение двойного оплодотворения для покрытосеменных растений можно пояснить в следующих пунктах:

• Поскольку существует только два слияния; формируются только два продукта.

• Вторичный продукт оплодотворения — триплоидное первичное ядро ​​эндосперма (PEN) — превращается в питательную ткань, известную как эндосперм, которая отвечает за обеспечение питания развивающегося эмбриона.

• Диплоидное состояние в жизненном цикле сохраняется в продукте процесса слияния. Диплоидная зигота превращается в эмбрион, который, как следствие, вырастает в новое растение.

• Процесс двойного оплодотворения заключается в использовании обеих мужских гамет, образованных пыльцевым зерном.