Ovule ontogeny of Tabebuia pulcherrima Sandwith (Bignoniaceae): embryo sac development

The chalazal megaspore develops in a Polygonum-type embryo sac. The amyloplast-rich endothelium is partially degraded during the expansion of the micropylar portion of the megagametophyte. Organization of the mature embryo sac is determined by the patterns of vacuolation, nuclear migration, spindle orientation and cellularization. The egg cell is slightly chalazal in relation to the synergids, and its micropylar end does not touch the micropylar channel. At the chalazal pole of the egg apparatus, the common walls between the synergids, the egg and central cells, despite their tenuity, are present in the mature megagametophyte. The polar nuclei do not fuse before fertilization and the antipodals are persistent until the first stages of endosperm formation. The taxonomic significance of some embryological characters for the Bignoniaceae is discussed.

Rôle de la protéine ScFRK1 dans le développement du sac embryonnaire et son impact sur le guidage des tubes polliniques

Le gène Solanum chacoense Fertilization-Related Kinase 1 (ScFRK1) code pour une protéine de la famille des MAPKK kinases exprimée spécifiquement dans les ovules. Son transcrit s’accumule principalement dans la zone micropylaire du sac embryonnaire à l’anthèse et diminue rapidement après pollinisation. Ces résultats suggèrent un rôle possible avant ou pendant la fécondation. Bien qu'aucune expression ne soit détectée dans le pollen à maturité, la protéine est cependant présente dans les cellules mères de microspores. Des plantes transgéniques sous-exprimant ScFRK1 ne montrent aucun phénotype au niveau des tissus végétatifs, mais présentent de petits fruits dépourvus de graines. L’étude microscopique du gamétophyte femelle révèle que son développement ne progresse pas au-delà du stade de la mégaspore fonctionnelle et une grande proportion de sacs embryonnaires anormaux est corrélée avec une faible expression de ScFRK1. De plus, la production de pollen viable diminue en fonction de la baisse des niveaux d’expression du gène, ce qui pourrait s’expliquer par un problème au cours de la mitose I. Puisque l’intégrité du sac embryonnaire est essentielle au guidage des tubes polliniques, nous avons conçu un système de guidage semi-in vivo permettant d’évaluer la capacité des ovules du mutant ScFRK1 à les attirer. L’attraction est sévèrement affectée dans de telles conditions, ce qui confirme l'implication des cellules de la zone micropylaire comme source attractive. Notre système nous a également permis de démontrer que le guidage est très spécifique à l’espèce et que cette attraction constitue un mécanisme important favorisant la spéciation et la maintenance des barrières interspécifiques dans la reproduction sexuée des végétaux.

Expression and parent-of-origin effects for FIS2, MEA, and FIE in the endosperm and embryo of developing Arabidopsis seeds

The promoters of MEA (FIS1), FIS2, and FIE (FIS3), genes that repress seed development in the absence of pollination, were fused to β-glucuronidase (GUS) to study their activity pattern. The FIS2∷GUS product is found in the embryo sac, in each of the polar cell nuclei, and in the central cell nucleus. After pollination, the maternally derived FIS2∷GUS protein occurs in the nuclei of the cenocytic endosperm. Before cellularization of the endosperm, activity is terminated in the micropylar and central nuclei of the endosperm and subsequently in the nuclei of the chalazal cyst. MEA∷GUS has a pattern of activity similar to that of FIS2∷GUS, but FIE∷GUS protein is found in many tissues, including the prepollination embryo sac, and in embryo and endosperm postpollination. The similarity in mutant phenotypes; the activity of FIE, MEA, and FIS2 in the same cells in the embryo sac; and the fact that MEA and FIE proteins interact in a yeast two-hybrid system suggest that these proteins operate in the same system of control of seed development. Maternal and not paternal FIS2∷GUS, MEA∷GUS, and FIE∷GUS show activity in early endosperm, so these genes may be imprinted. When fis2, mea, and fie mutants are pollinated, seed development is arrested at the heart embryo stage. The seed arrest of mea and fis2 is avoided when they are fertilized by a low methylation parent. The wild-type alleles of MEA or FIS2 are not required. The parent-of-origin-determined differential activity of MEA, FIS2, and FIE is not dependent on DNA methylation, but methylation does control some gene(s) that have key roles in seed development.

The pattern and control of reproductive development in non-astringent persimmon (Diospyros kaki L.): a review

Non-astringent persimmon is rapidly expanding as a new fruit crop in warm subtropical regions of the world, Most research and development of this fruit crop has occurred in Japan, where there is a considerable amount of published literature on its performance. Much of this information is not readily accessible to other countries and needs to be interpreted and modified for other climatic regions. This paper reviews reproductive events from floral initiation to the completion of fruit growth. The timing and significance of these events is described in relation to the phenological cycle. Method of improving flowering, reducing fruit drop and altering the fruit maturity period are discussed. (C) 1997 Elsevier Science B.V.

Ovule ontogeny of Tabebuia pulcherrima Sandwith (Bignoniaceae): megasporogenesis and integument development

The ovule of Tabebuia pulcherrima is anatropous, unitegmic and tenuinucellate. The nucellus shows a trizonate structural organization. The integument is initiated by periclinal divisions in the dermal layer (zone I), around the base of the archesporium. Subsequently, cells derived from the subdermal layer (zone II) start to push the dermal cells, so that they shift toward the micropylar region. The archesporial cell differentiates directly into the megaspore mother cell, undergoes meiosis, and originates a linear tetrad of megaspores. The mature embryo sac mother cell is elongated, possess a conspicuous central nucleus, and a characteristic bipolar vacuome with fibrous-granulated content. The inner cell layers of the integument differentiate into an amyloplast-rich endothelium. Patterns of callose deposition in the tetrad and selection of the functional megaspore, as well as the taxonomic value of some characters are discussed.

Female gametophyte development in Adesmia latifolia (Spreng.) Vog. (Leguminosae - Papilionoideae)

The female gametophyte has a monosporic origin and a Polygonum type development. The female gametophyte growth consumes a large part of the neighboring nucellar cells and, in the micropylar region, part of the nucellar epidermis and internal integument. The mature gametophyte is composed of only four cells due to the ephemeral characteristic of the antipodals. The synergids are pear-shaped cells with the formation of filiform apparatus. Their nuclei lie in the micropylar region and large vacuoles in the chalazal region, while the egg cell presents an opposite polarization. The central cell accumulates starch grains and the two polar nuclei approach the egg. Occasional development of two gametophytes was recorded. The closest to the micropyle develops fully, while the chalazal one remained in the tetranucleated stage. The embryological characters of A. latifolia are compared with those of other taxa within the Leguminosae, and the reproductive importance of multiple gametophyte formation for this species was discussed.

Implication du peptide ScRALF3 dans le développement du gamétophyte femelle chez Solanum chacoense

La coordination du développement par les communications intercellulaires est essentielle pour assurer la reproduction chez les plantes. Plusieurs études démontrent qu’une communication entre le sac embryonnaire et le tissu maternel, le sporophyte, est essentielle au bon développement des gamètes. Les molécules, peptides ou autres protagonistes impliqués dans ces voies de signalisation ainsi que leur mode d’action restent toutefois nébuleux. Les gènes de type RALF codent pour des petits peptides sécrétés retrouvés de manière spécifique ou ubiquitaire dans la plante. Leur structure en font de parfaits candidats pour permettre ces communications cellule-cellule entre les différents tissus. Treize gènes de type RALF ont été isolés actuellement chez la pomme de terre sauvage Solanum chacoense. Maintenant, nous montrons qu’un de ceux-ci, ScRALF3, est impliqué dans la polarisation du sac embryonnaire et dans la synchronicité des divisions mitotiques assurant la formation d’un gamétophyte femelle mature fonctionnel. Étant exprimé de manière spécifique au niveau des téguments de l’ovule, ScRALF3 est un candidat idéal pour réguler les communications cellule-cellule entre le sporophyte et le sac embryonnaire.

Implication des peptides RALFs dans les communications cellulaires lors du développement du gamétophyte femelle chez Solanum chacoense et Arabidopsis thaliana.

Chez les angiospermes, la reproduction passe par la double fécondation. Le tube pollinique délivre deux cellules spermatiques au sein du gamétophyte femelle. Une cellule féconde la cellule œuf pour produire un zygote; l’autre féconde la cellule centrale pour produire l’endosperme. Pour assurer un succès reproductif, le développement du gamétophyte femelle au sein de l’ovule doit établir un patron cellulaire qui favorise les interactions avec le tube pollinique et les cellules spermatiques. Pour ce faire, un dialogue doit s’établir entre les différentes cellules de l’ovule lors de son développement, de même que lors de la fécondation. D’ailleurs, plusieurs types de communications intercellulaires sont supposées suite à la caractérisation de plusieurs mutants développementaux. De même, ces communications semblent persister au sein du zygote et de l’endosperme pour permettre la formation d’un embryon viable au sein de la graine. Malgré les développements récents qui ont permis de trouver des molécules de signalisation supportant les modèles d’interactions cellulaires avancés par la communauté scientifique, les voies de signalisation sont de loin très incomplètes. Dans le but de caractériser des gènes encodant des protéines de signalisation potentiellement impliqués dans la reproduction chez Solanum chacoense, l’analyse d’expression des gènes de type RALF présents dans une banque d’ESTs (Expressed Sequence Tags) spécifiques à l’ovule après fécondation a été entreprise. RALF, Rapid Alcalinization Factor, est un peptide de 5 kDa qui fait partie de la superfamille des «protéines riches en cystéines (CRPs)», dont les rôles physiologiques au sein de la plante sont multiples. Cette analyse d’expression a conduit à une analyse approfondie de ScRALF3, dont l’expression au sein de la plante se limite essentiellement à l’ovule. L’analyse de plantes transgéniques d’interférence pour le gène ScRALF3 a révélé un rôle particulier lors de la mégagamétogénèse. Les plantes transgéniques présentent des divisions mitotiques anormales qui empêchent le développement complet du sac embryonnaire. Le positionnement des noyaux, de même que la synchronisation des divisions au sein du syncytium, semblent responsables de cette perte de progression lors de la mégagamétogénèse. L’isolement du promoteur de même que l’analyse plus précise d’expression au sein de l’ovule révèle une localisation sporophytique du transcrit. La voie de signalisation de l’auxine régule également la transcription de ScRALF3. De surcroît, ScRALF3 est un peptide empruntant la voie de sécrétion médiée par le réticulum endoplasmique et l’appareil de Golgi. En somme, ScRALF3 est un important facteur facilitant la communication entre le sporophyte et le gamétophyte pour amener à maturité le sac embryonnaire. L’identification d’un orthologue potentiel chez Arabidopsis thaliana a conduit à la caractérisation de AtRALF34. L’absence de phénotype lors du développement du sac embryonnaire suggère, cependant, de la redondance génétique au sein de la grande famille des gènes de type RALF. Néanmoins, les peptides RALFs apparaissent comme d’importants régulateurs lors de la reproduction chez Solanum chacoense et Arabidopsis thaliana.

The plant ovule omics : an integrative approach for pollen−pistil interactions and pollen tube guidance studies in solanaceous species

Chez les plantes à fleurs, l’ovaire est l’organe reproducteur femelle et il interagit de façon importante avec les gamètes mâles durant la croissance, le guidage, la réception et la rupture du tube pollinique ainsi que la fusion des gamètes. Le processus débute lorsque de nombreux gènes de l’ovule sont activés à longue distance lors de la réception du pollen sur le stigmate. Afin d’explorer les signaux provenant de l’ovule ayant un impact important sur les interactions pollen–pistil, particulièrement les molécules sécrétées impliquées dans la signalisation espècespécifique, l’expression génique des ovules sous forme d’ARNm ainsi et la sécrétion protéique ont été étudiées chez Solanum chacoense, une espèce diploïde de pomme de terre sauvage. S. chacoense a subi beaucoup d’hybridation interspécifique avec d’autres espèces sympathiques de solanacées, facilitant ainsi grandement l’étude des interactions pollen–ovule de façon espècespécifique ainsi que leur évolution. Dans ce projet, des ovules provenant de trois conditions différentes ont été comparés: des ovules matures de type sauvage, des ovules légèrement immatures, récoltés deux jours avant l’anthèse et des ovules provenant du mutant frk1 pour lesquels le sac embryonnaire est absent. Un séquençage d’ARN à haut débit a d’abord été effectué sur les ovules de type sauvage de S. chacoense afin de générer un assemblage de référence comprenant 33852 séquences codantes. D’autres séquençages ont été effectués sur les trois conditions d’ovules et sur les feuilles afin de faire une analyse d’expression différentielle des gènes. En comparaison avec les ovules de type sauvage, 818 gènes sont réprimés dans les ovules du mutant frk1. Un sous-groupe de 284 gènes, étaient également sous-exprimés dans les ovules légèrement immatures, suggérant un rôle spécifique dans les stades tardifs de la maturation du sac embryonnaire (stade de développent FG6 à FG7) ainsi que du guidage du tube pollinique, puisque ni les ovules du mutant frk1 ni ceux légèrement immatures ne sont capables d’attirer les tubes polliniques lors d’essais de croissance semi in vivo. De plus, 21% de ces gènes sont des peptides riches en cystéines (CRPs). En utilisant un transcriptome assemblé de novo provenant de deux proches parents de S. chacoense, S. gandarillasii et S. tarijense, une analyse d’orthologie a été effectuée sur ces CRPs, révélant une grande variabilité et une évolution rapide chez les solanacées. De nouveaux motifs de cystéine uniques à cette famille ont également été découverts. En comparant avec des études similaires chez Arabidopsis, le sac embryonnaire de S. chacoense montre un transcriptome fortement divergent, particulièrement en en ce qui a trait à la catégorisation fonctionnelle des gènes et de la similarité entre les gènes orthologues. De plus,même si la glycosylation n’est pas requise lors du guidage mycropylaire du tube pollinique chez Arabidopsis, Torenia ou le maïs, des extraits d’ovules glycosylés de S. chacoense sont capables d’augmenter la capacité de guidage de 18%. Cette étude est donc la première à montrer une corrélation entre glycosylation et le guidage du tube pollinique par l’ovule. En complément à l’approche transcriptomique, une approche protéomique portant sur les protéine sécrétées par l’ovule (le secrétome) a été utilisée afin d’identifier des protéines impliquées dans l’interaction entre ovule et tube pollinique. Des exsudats d’ovules matures (capables d’attirer le tube pollinique) et d’ovules immatures (incapables d’attirer le tube pollinique) ont été récoltés en utilisant une nouvelle méthode d’extraction par gravité permettant de réduire efficacement les contaminants cytosoliques à moins de 1% de l’échantillon. Un total de 305 protéines sécrétées par les ovules (OSPs) ont été identifiées par spectrométrie de masse, parmi lesquelles 58% étaient spécifiques aux ovules lorsque comparées avec des données de protéines sécrétées par des tissus végétatifs. De plus, la sécrétion de 128 OSPs est augmentée dans les ovules matures par rapport aux ovules immatures. Ces 128 protéines sont donc considérées en tant que candidates potentiellement impliquées dans la maturation tardive de l’ovule et dans le guidage du tube pollinique. Cette étude a également montré que la maturation du sac embryonnaire du stade FG6 au stade FG7 influence le niveau de sécrétion de 44% du sécrétome total de l’ovule. De façon surprenante, la grande majorité (83%) de ces protéines n’est pas régulée au niveau de l’ARN, soulignant ainsi l’importance de cette approche dans l’étude du guidage du tube pollinique comme complément essentiel aux études transcriptomiques. Parmi tous les signaux sécrétés par l’ovule et reliés au guidage, obtenus à partir des approches transcriptomiques et protéomiques décrites ci-haut, nous avons spécifiquement évalué l’implication des CRPs dans le guidage du tube pollinique par l’ovule chez S. chacoense, vu l’implication de ce type de protéine dans les interactions pollen-pistil et le guidage du tube pollinique chez d’autres espèces. Au total, 28 CRPs étaient présentes dans les ovules capables d’attirer le tube pollinique tout en étant absentes dans les ovules incapables de l’attirer, et ce, soit au niveau de l’ARNm et/ou au niveau du sécrétome. De celles-ci, 17 CRPs ont été exprimées dans un système bactérien et purifiées en quantité suffisante pour tester le guidage. Alors que des exsudats d’ovules ont été utilisés avec succès pour attirer par chimiotactisme le tube pollinique, les candidats exprimés dans les bactéries n’ont quant à eux pas été capables d’attirer les tubes polliniques. Comme l’utilisation de systèmes d’expression hétérologue eucaryote peut permettre un meilleur repliement et une plus grande activité des protéines, les candidats restants seront de nouveau exprimés, cette fois dans un système de levure ainsi que dans un système végétal pour produire les peptides sécrétés. Ceux-ci seront ensuite utilisés lors d’essais fonctionnels pour évaluer leur capacité à guider les tubes polliniques et ainsi isoler les attractants chimiques responsable du guidage du tube pollinique chez les solanacées comme S. chacoense.

Developmental anatomy and morphology of the ovule and seed of Heliconia (Heliconiaceae, Zingiberales)

The developmental anatomy and morphology of the ovule and seed in several species of Heliconia were investigated as part of an embryological study of the Heliconiaceae and to provide a better understanding of their relationships with the other families of the Zingiberales. Heliconia species have an ovule primordium with an outer integument of both dermal and subdermal origin. The archesporial cell is divided into a megasporocyte and a single parietal cell, which in turn are divided only anticlinally to form a single parietal layer, disintegrating later during gametogenesis. The embryo sac was fully developed prior to anthesis. In the developing seed, the endosperm was nuclear, with wall formation in the globular stage; a nucellar pad was observed during embryo development, but later became compressed. The ripe fruit contained seeds enveloped by a lignified endocarp that formed the pyrenes, with each pyrene having an operculum at the basal end; the embryo was considered to be differentiated. Most of these characteristics are shared with other Zingiberales, although the derivation of the operculum from the funicle and the formation of the main mechanical layer by the endocarp are unique to the Heliconiaceae.

Anatomy of the pericarp and seed-coat of Lithraea molleoides (Vell.) Engl. (Anacardiaceae) with taxonomic notes

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Polimorfismo floral em Valeriana scandens L. (Valerianaceae)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Cytogenetics and embryology of Eupatorium laevigatum (Compositae)

Embryological studies indicate Eupatorium laevigatum to have Antennaria type diplospory with precocious embryony. The embryo sac is of the Polygonum type and the polar nuclei fuse before anthesis (maturation of the stamens). Endosperm development is autonomous and the central cell divides only after the initial stages of embryo formation. It is estimated that about 10% of the florets in anthesis contain an undivided egg which can be used for sexual reproduction. The study of microsporogenesis revealed abnormalities in chromosome pairing which result in the formation of univalents, bivalents, trivalents and higher polyvalents, with the consequent production of lagging chromosomes, unbalanced nuclei, micronuclei and sterile pollen. We found that, as represented by the material studied, E. laevigatum is an autohexaploid (2n = 6x = 60) in which each chromosome of a basic set of ten chromosomes is repeated six times and that E. laevigatum is an essentialy obligate apomictic.

Ontogenia do óvulo e da Antera de Cybistax antisyphilitica (Mart.) Mart. (Bignoniaceae)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Embriologia e desenvolvimento pós-seminal de espécies de Poaceae (Poales)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)