Comparative characteristics of karyometric parameters of microsporocytes and tapetum cells of the formed anthers of long-styled and short-styled plants Jasminum fruticans L. (Oleaceae)

Article Sidebar

pdf (Русский)
Published: Mar 22, 2024
DOI: https://doi.org/10.17072/1994-9952-2024-1-22-31
Keywords:
androecium heterostylism microsporangium sporogenous cells anther wall nuclear-nucleolar ratio nucleus nucleolus Jasminum fruticans Oleaceae

Main Article Content

Tatyana N. Kuzmina
Nikita Botanical Gardens – National Scientific Center RAS, Yalta, Russia

Abstract

In connection with the study of the functional activity of generative structures in heterostylous plants, a comparative karyometric analysis of tapetum cells, as well as microsporocytes of the formed anthers of long-styled and short-styled plants Jasminum fruticans L. (Oleaceae) was carried out. Based on the measurement of the nucleus areas, nucleolus, counting the number of nuclei and nucleoli in cells, the total values of the areas of nuclear structures were calculated. Since the processes of transcription and transformation of ribosomal RNA (r-RNA) are associated with nucleoli, the state of nucleolar structures in a cell reflects the level of its functional activity, therefore, the value of the nuclear-nucleolar ratio (NNR) was used as a characteristic of the functional activity of cells. It was found that in both floral forms, binuclear tapetal cells predominate. The number of nucleoli per cell varies from 1 to 14. The number of tapetal cells with 6-8 nucleoli is greater in short-styled plants than in long-styled plants. However, the cells of tapetum of long-styled and short-styled plants do not have a statistically significant difference of the value of NNR. Comparison of karyometric parameters of microsporocytes showed that the areas of their nuclear structures are larger in long-styled plants, while they are characterized by a higher value of NNR (17.61±0.36) compared with short-styled plants (15.59±0.27). A decrease in the value of NNR in short-styled plants is a sign of an increase in the intensity of protein metabolism of their microsporocytes, and, consequently, the level of functional activity of their genomes. Differences in the functional activity of microsporocytes of long-styled and short-styled plants can be considered as a sign of sex manifestation of sex depending on the floral type of the plant.

Article Details

How to Cite
Kuzmina Т. Н. (2024). Comparative characteristics of karyometric parameters of microsporocytes and tapetum cells of the formed anthers of long-styled and short-styled plants Jasminum fruticans L. (Oleaceae). Bulletin of Perm University. Biology, (1), 22–31. https://doi.org/10.17072/1994-9952-2024-1-22-31
Issue
No. 1 (2024): Bulletin of Perm University. BIOLOGY
Section
Ботаника

License agreement

 

Author Biography

Tatyana N. Kuzmina, Nikita Botanical Gardens – National Scientific Center RAS, Yalta, Russia

Candidate of biological sciences, senior research fellow of Sector of Structural Botany and Plant Reproductive Biology. Laboratory of Biochemistry, Physiology and Plant Reproductive Biology and Physiology

References

Агаджанян А.М. Распространённость и распределение гетеростилии в системе покрытосеменных растений // Успехи современной биологии. 2000. Т. 120, № 4. С. 348–360.

Архипчук В.В. Использование ядрышковых характеристик в биотестировании // Цитология и гене-тика. 1995. Т. 29, № 3. C. 6–12.

Батыгина Т.Б., Васильева В.Е. Размножение растений. СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 2002. 232 с.

Владимирова О.С. Муратова Е.Н. Кариологические особенности ели сибирской (Picea obovata Ledeb.) в условиях антропогенного загрязнения г. Красноярска // Экологическая генетика. 2005. Т. 3, № 1. С. 18–23.

Вострикова Т.В. Эколого-физиологическая реакция семенного потомства древесных растений на стресс // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. География. Геоэкология. 2010. № 1. С. 87–91.

Гашев С.Н., Бетляева Ф.Х., Лупинос М.Ю. Математические методы в биологии. Анализ биологиче-ских данных в системе Statistica. М.: Юрайт, 2018. 208 с.

Голубев В.Н. Биологическая флора Крыма. Ялта, 1996. 126 с.

Демьянова Е.И. О полиморфизме некоторых гетеростильных растений лесостепного Зауралья // Вестник Пермского университета. Сер. Биология. 2014. Вып. 2. С. 10–17.

Дуброва А.Н. Ядрышковые организаторы хромосом как адаптивный элемент вида // Журнал об-щей биологии. 1989. Т. 50, № 2. С.213–217.

Жинкина Н.А. Гетеростилия // Эмбриология цветковых растений. Терминология и концепции. СПб.: Мир и семья. 2000. Т. 3. С. 82–83.

Калаев В.Н. и др. Влияние низких активностей радона на ядерные структуры клеток апикальной меристемы корней Zebrina pendula Shcnizl (ядрышковый тест) // Вестник Воронежского государственно-го университета. Сер. География. Геоэкология. 2005. № 1. С. 80–85.

Калаев В.Н. и др. Цитогенетические характеристики семенного потомства деревьев березы повис-лой в Хреновском бору // Лесоведение. 2009. № 3. С. 43–51.

Калашник Н.А. Оценка функциональной активности ядрышковых организаторов хромосом у лиственницы Сукачева в условиях техногенного загрязнения // Вестник Оренбургского университета. 2013. 10 (159). С. 195–197.

Кордюм Е.Л., Глущенко Г.И. Цитоэмбриологические аспекты проблемы пола покрытосеменных. Киев: Наукова думка, 1976. 200 с.

Коржевский Д.Э. Применение гематоксилина в гистологической практике // Морфология. 2007. Т. 132, № 6. С. 77–82.

Кузьмина Т.Н. Диморфизм цветков Jasminum fruticans L. // Вестник Пермского университета. Сер. Биология. 2017. Вып. 3. С. 233‒239.

Кузьмина Т.Н. Формирование мужских генеративных структур у Jasminum fruticans (Oleaecae) // Ботанический журнал. 2018. Т. 103, № 5. С. 654–663.

Кузьмина Т.Н. Формирование семязачатка и семени Jasminum fruticans (Oleaceae) // Ботанический журнал. 2020. Т. 105, № 9. С. 919–930.

Машкин С.И., Назарова М.Н. Сезонная динамика числа и размеров ядрышек. ядер и ядерно-ядрышковых отношений у представителей подсем. Сливовых при их интродукции // Цитология. 1976. Т. 18, № 12. С. 1438–1443.

Резникова C.А. Цитология и физиология развивающегося пыльника. М.: Наука, 1984. 272 с.

Резникова С.А., Бугара А.М. Функциональные изменения объема ядер в тканях развивающегося пыльника лилии // Цитология. 1979. Т. 21, № 6. С. 671–677.

Романова Л.И., Третьякова И.Н. Особенности микроспорогенеза у лиственницы сибирской, рас-тущей в условиях техногенного стресса // Онтогенез. 2005. Т. 36, № 2. С.128–133.

Трочинская Т.Г., Бланковская Т.Ф., Тоцкий В.М. Количественные признаки клеток мужских гене-ративных структур пшеницы, ржи и пшенично-ржаных гибридов в микроспорогенезе // Цитология и ге-нетика. 2010. Т. 4. С. 48–54.

Хроленко Ю.А. и др. Количественные характеристики ядрышек в клетках Panax ginseng in vivo и in vitro // Turczaninowia. 2011. T. 14, № 1. С. 104–108.

Челидзе П.В., Зацепина О.В. Морфофункциональная классификация ядрышек // Успехи современ-ной биологии. 1988. Т. 105, № 2. С. 252–258.

Шевченко С.В., Плугатарь Ю.В. Исследования репродуктивной биологии семенных растений в Никитском ботаническом саду // Сборник научных трудов ГНБС. 2019. Т. 149. С. 177–198. URL: https://doi.org/10.36305/0201-7997-2019-149-177-198 (дата обращения: 19.07.2023).

Baker H.G. Reproductive methods as factors in speciation in flowering plants // Cold Spring Harbor symp. Quant. Boil. 1960. Vol. 24. P. 177–191.

Du K. et al. Abnormal tapetum development and energy metabolism associated with sterility in SaNa-1A CMS of Brassica napus L. // Plant Cell Rep. 2019. Vol. 38. P. 545–558. URL: https://doi.org/10.1007/s00299-019-02385-2 (дата обращения: 19.07.2023).

Ganders F.R. The biology of heterostyly // New Zealand Journal of Botany. 1979. Vol. 17. P. 607–635. URL: https://doi.org/10.1080/0028825X.1979.10432574 (дата обращения: 19.07.2023).

Gao S. et al. The nonreciprocal heterostyly and heterotypic self-incompatibility of Ceratostigma will-mottianum // J. Plant Res. 2021. Vol. 134. P. 543–557. URL: https://doi.org/10.1007/s10265-021-01269-5 (дата обращения: 19.07.2023).

Gothandam K.M., Kim E.S., Chung Y.Y. Ultrastructural study of rice tapetum under low-temperature stress // J. Plant Biol. 2007. Vol. 50(4). P. 396–402. URL: https://doi.org/10.1007/BF03030674 (дата обраще-ния: 19.07.2023).

Keller B., de Vos J.M., Conti E. Decrease of sexual organ reciprocity between heterostulous primrose spe-cies. with possible functional and evolutionary implications // Annals of Botany. 2012. Vol. 110. P. 1233–1244. URL: https:// doi.org/10.1093/aob/mcs199 (дата обращения: 19.07.2023).

Klein D.E., Freitas L., Da Cunha M. Self-incompatibility in a distylous species of Rubiaceae: is there a single incompatibility response of the morphs? // Sex Plant Reprod. 2009. Vol. 22. P. 121–131. DOI: 0.1007/s00497-009-0097-0. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20033433 (дата обращения: 19.07.2023).

Li A.-M. et al. Cryptic dioecy in Mussaenda pubescens (Rubiaceae): a species with stigma-height dimor-phism // Annals of Botany. 2010. Vol. 106. P. 521–531. URL: https://doi.org/10.1093/aob/mcq146 (дата об-ращения: 19.07.2023).

Liu Y. et al. Functional dioecy in Morinda parvifolia (Rubiaceae): a species with stigma-height dimor-phism // Plant Systematics and Evolution. 2012. Vol. 298. P. 775–785. URL: https://doi.org/10.1007/s00606-011-0588-y (дата обращения: 19.07.2023).

Nugent J.M. et al. Progressive programmed cell death inwards across the anther wall in male sterile flow-ers of the gynodioecious plant Plantago lanceolata // Planta. 2019. Vol. 249. P. 913–923. URL: https://doi.org/10.1007/s00425-018-3055-y (дата обращения: 19.07.2023).

Pailler Th., Thompson J.D. Distyly and variation in heteromorphic incompatibility in Gaertnera vaginata (Rubiaceae) endemic to La Reunion Island // American Journal of Botany. 1997. Vol. 84(3). P. 315–327. URL: https://doi.org/10.2307/2446005 (дата обращения: 19.07.2023).

Shi S. et al. A comparative light and electron microscopic analysis of microspore and tapetum develop-ment in fertile and cytoplasmic male sterile radish // Protoplasma. 2010. Vol. 241. P. 37–49. DOI: 10.1007/s00709-009-0100-5/ URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s00709-009-0100-5 (дата обра-щения: 19.07.2023).

Stevens V.A.M., Murray B.G. Studies on heteromorphic self-incompatibility systems: Physiological as-pects of the incompatibility system of Primula obconica // Theoret. Appl. Genetics. 1982. Vol. 61. P. 245–256. DOI: 10.1007/BF00273782. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24270436/ (дата обращения: 19.07.2023).

Tompson J.D., Dommée B. Morph-specific patterns of variation in stigma height in natural populations of distylous Jasminum fruticans // New Phytologist. 2000. Vol. 148. P. 303–314. URL: https://doi.org/10.1046/j.1469-8137.2000.00765.x (дата обращения: 19.07.2023).

Valois-Cuesta H., Soriano P.J., Ornelas J.F. Dimorphisms and self-incompatibility in the distylous species Palicourea demissa (Rubiaceae): possible implications for its reproductive output // J. Plant Res. 2011. Vol. 124. P. 137–146. URL: https://doi.org/10.1007/s10265-010-0359-9 (дата обращения: 19.07.2023).

Vijayaraghavan M.R., Ratnaparkhi S. Histological dynamics of anther tapetum in Heuchera micrantha // Proc. Indian Acad. Sci. 1979. Vol. 88. P. 309–316. URL: https://doi.org/10.1007/BF03046195 (дата обра-щения: 19.07.2023).

Wu Xi.-Q. et al. Distyly and cryptic heteromorphic self-incompatibility in Mussaenda macrophylla (Ru-biaceae) // Journal of Systematic sand Evolution. 2015. Vol. 9999. P. 1–13. URL: https://doi.org/10.1111/jse.12142 (дата обращения: 19.07.2023).

Yeung E.C. et al. Anther, pollen and tapetum development in safflower Carthamus tinctorius L. // Sex Plant Reprod. 2011. Vol. 24. P. 307–317. DOI: 10.1007/s00497-011-0168-x/ URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21573927/ (дата обращения: 19.07.2023).