Анатомические признаки строения секреторных структур представителей Apiales как инновационный инструмент для реконструкции морфогенеза репродуктивных органов и построения системы порядкаНИР

.

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 5 февраля 2015 г.-31 декабря 2015 г. Анатомические признаки строения секреторных структур представителей Apiales как инновационный инструмент для реконструкции морфогенеза репродуктивных органов и построения системы порядка
Результаты этапа: В ходе выполнения первого этапа проекта мы изучили признаки cекреторной системы плодов 15 видов из состава 7 родов семейства Pittosporaceae. Мы получили достаточно полную и сравнимую анатомическую картину локализации секреторных структур у представителей этого семейства и выделили несколько направлений их специализации. Первый эволюционный тренд представлен подавляющим большинством видов рода Pittosporum и характеризуется обильным ветвлением и произвольной локализацией секреторных канальцев, в своем расположении никак не связанных с характером прохождения проводящих пучков. Второй – встречается у Pittosporum multiflorum, Marianthus bignoniaceus и Rhytidosporum procumbens и заключается в очень чёткой связи неветвящихся секреторных канальцев с проводящей системой плода. Показано, что секреция также осуществляется разными путями. В результате проведенного в 2015 г. гистохимического исследования плодов Pittosporum crassifolium мы обнаружили отрицательную реакцию с сафранином и положительную - с рядом других реагентов (NADI, FY) и пришли к выводу о липофильном характере секрета, в составе которого имеются терпеноиды, однако отсутствуют монотерпены. В рамках программы по исследованию секреторных систем представителей семейства Araliaceae в 2015 г. мы изучили признаки ультраструктуры эпителиальных клеток и гистохимические особенности секрета Eleutherococcus sessiliflorus; признаки общей гистологии перикарпия этого вида были изучены нами ранее. На этапе 2015 г. мы провели сравнительный анализ вновь полученных данных об особенностях секреции E.sessiliflorus с имеющимися сведениями о секреции E.senticosus. Кроме того, мы проследили динамику формирования секреторных канальцев на разных стадиях развития плодов обоих видов. С помощью различных гистохимических тестов было показано, что секрет в канальцах E. sessiliflorus близок по составу к секрету E.senticosus и представляет собой смесь вторичных метаболитов терпеноидной и фенольной природы, погруженных в полисахаридную слизь. В ходе работы над проектом были суммированы данные по локализации секреторных структур и способам секреции изученных ранее 16 видов рода Hydrocotyle. На одном из видов, собранных в природе (Hydrocotyle sp., Непал), продемонстрированы значительные структурные изменения в гистологии перикарпия по ходу созревания плода. Для обоих типов плодов Osmoxylon sp. (Индонезия)(так называемые "настоящие" и "ложные" плоды), были описаны различия в локализации канальцев секреторной системы. Отмечено, что в обоих случаях канальцы расположены по так называемому Araliaceae-типу, т.е. не обнаруживают непосредственной связи с проводящими пучками. В 2015 г. мы изучили процесс формирования секреторных канальцев в плодах 3 разных родов Apiaceae-Apioideae на сравнимом, собранном в природе на разных возрастных стадиях материале. В литературе у подавляющего большинства представителей Apiaceae-Apioideae описано существование 2 типов канальцев - реберных и ложбиночных ("vittae"), различающихся в первую очередь по особенностям своей локализации в перикарпии. С помощью специально подобранных гистохимических тестов (NADI, FY) удалось наглядно продемонстрировать различия в составе секрета, выделяемого эпителиальными клетками этих канальцев, у представителей родов Peucedanum и Carum. Структурные изменения эпителиальных клеток в процессе созревания плода у Heracleum sibiricum мы проиллюстрировали фотографиями, полученными с использованием сканирующего электронного микроскопа (JSM). Итак, в ходе выполнения первой части проекта удалось продемонстрировать разнообразие путей секреции и типов секреторных структур в плодах представителей ряда семейств порядка Apiales (Pittosporaceae, Araliaceae, Apiaceae). Был проведен сравнительный анализ и показаны гистохимические различия в характеристиках выделяемого секрета у представителей этих семейств (Pittosporum crassifolium, Eleutherococcus sessiliflorus, Peucedanum palustre). Кроме того, на примере Peucedanum palustre и Carum carvi, нам удалось отметить существенные различия в составе выделяемого секрета в разных типах канальцев у представителей Apiaceae-Apioideae.
2 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Анатомические признаки строения секреторных структур представителей Apiales как инновационный инструмент для реконструкции морфогенеза репродуктивных органов и построения системы порядка
Результаты этапа: В ходе выполнения второго этапа проекта мы изучили особенности выделения секрета в полость плодов у 7 видов Pittosporum и Auranticarpa rhombifolia, а также провели исследование ультраструктуры эпителиальных клеток обкладки канальцев свежих плодов Pittosporum crassifolium (ГБС РАН), доступных для быстрой прижизненной фиксации. По данным электронной микроскопии, в каналах содержится как минимум два типа секрета различной морфологии: однородный электронно-прозрачный и хлопьевидный. Электронно-прозрачный секрет, возможно, терпеноидной природы, выводится в полость канала крупными каплями (обозначено стрелкой на фотографии). Хлопьевидный секрет, вероятно, образуется в результате разрыхления наружного слоя клеточной стенки эпителиальных клеток, обращенной в канал, а внутренний слой при этом сохраняется. Превращение внешнего слоя стенок эпителиальных клеток в один из компонентов секрета был обнаружен нами ранее в плодах элеутерококка. В 2016 г. мы изучили плоды эндемичного бразильского рода Klotzschia (всех 3 входящих в него видов). Результаты работы нашли отражение в публикации. В ходе выполнения второго этапа проекта мы продолжили начатое ранее исследование Tupidanthus calyptratus. В 2016 г . была изучена локализация, строение и состав секрета секреторных каналов плодов этого вида. Поперечные срезы были сделаны через синасцидиатную зону, где хорошо выражены семенные полости, обрамленные одревесневшими волокнами косточки. Было показано, что секреторные канальцы встречаются здесь в очень большом числе, во всех частях перикарпия (т.е. как в гипантиальной части, так и в части, образованной собственно завязью), без определенной чёткой связи с проводящими пучками, т.е. по так называемому Аралиевому-типу (рассеянные канальцы). Канальца эти различно ориентированы в толще перикарпия, с хорошо выраженной, заметной эпителиальной обкладкой. В результате гистохимических исследований спомощью красителей Судан черный, Судан III и Fluorol Yellow мы установили липофильный характер содержимого. В составе не были выявлены полифенолы алкалоиды и полисахариды. Наличие терпеноидов также не подтвердилось, возможно, из-за того, что гидрофобные компоненты содержимого не доступны для водорастворимого реактива (NADI). Основным же компонентом секрета являются, по-видимому, насыщенные липиды (отсутствие реакции с OsO4). Это подтверждается с помощью просвечивающей электронной микроскопии: содержимое каналов имеет характерный вид липидных капель, а в эпителиальных клетках развиты компоненты, участвующие в синтезе липидов – лейкопласты и агранулярный ретикулум. В 2016 г. мы исследовали 13 видов рода Cussonia и выделили 2 основных эволюционных тренда в развитии секреторной системы плодов – 1) обилие канальцев во всех частях сочного мезокарпия, обилие друз (C.bancoensis, C.corbisieri, C.nicholsonii, C.paniculata, C.spicata, C.thysrifolia, C.zuluensis); 2) почти полное отсутствие канальцев, отсутствие друз (C.holstii, C.angolensis, C.arborea, C.arenicola, C.ostinii, C.zimmermannii). Также мы исследовали секреторную систему зрелых плодов таксономически близкого Seemannaralia gerardii и установили отсутствие чёткой связи секреторных канальцев с проводящими пучками. Однако признак этот всё же варьирует у разных представителей семейства Araliaceae: так, в димерных плодах другого исследованного коллективом в 2016 г. Tetrapanax papyrifer подобная чёткая связь прослеживается в полной мере.
3 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Анатомические признаки строения секреторных структур представителей Apiales как инновационный инструмент для реконструкции морфогенеза репродуктивных органов и построения системы порядка
Результаты этапа: В ходе выполнения проекта (2015-17 гг.), мы накопили значительное число данных о типах секреции и разнообразии строения секреторных структур у представителей различных таксонов порядка Apiales. Мы показали, что пути морфогенетического развития секреторной системы в рамках порядка чрезвычайно многообразны. Так, если в зрелых псевдомономерных плодах представителей семейств Toricelliaceae, Griseliniaceae и Pennantiaceae секреторные канальцы не отмечены вовсе, то среди представителей семейства Araliaceae наблюдается множество вариантов. Встречаются как роды с многочисленными, к тому же ветвящимися и почти не связанными в своем формировании с проводящими пучками секреторными канальцами (большинство родов Araliaceae, к примеру, Eleutherococcus, Osmoxylon, Trevesia, Tetraplasandra,Tupidanthus), так и роды, характеризующиеся очень четкой взаимосвязью секреторных канальцев с проводящими пучками (Aralia, Tetrapanax, Trachymene и Hydrocotyle), а некоторые роды занимают промежуточное положение, (разные виды одного рода могут различаться по этому признаку, например, у Cussonia). Среди Araliaceae удалось отметить существование другого эволюционного тренда в развитии секреторной системы: накопление дубильных веществ не во вместилищах, не в каналах, а непосредственно в клетках паренхимы мезокарпия и/или экзокарпия плода (Trachymene и Hyrocotyle). Роды семейства Myodocarpaceae (Myodocarpus, Delarbrea), безусловно близкие к Аралиевым по карпологическим признакам, проявляют особенную тенденцию в развитии секреторной системы плодов своих представителей. Тенденция эта выражается в накоплении секрета как в каналах, так и в специальных прилегающих к эндокарпию очень крупных вместилищах, нередко заметных снаружи (виды Myodocarpus ). Секреторные каналы, локализованные в наружной и срединной зонах мезокарпия у представителей Myodocarpaceae, как и в плодах подавляющего большинства представителей Araliaceae, обычно не обнаруживают никакой видимой связи с проводящими пучками. Подробные гистохимические исследования, а также исследования ультраструктуры эпителиальных клеток были проведены как для представителей семейства Araliaceae (Eleutherococcus, Tupidanthus, Osmoxylon), так и для ряда представителей Apiaceae (Peucedanum, Carum). Так, нами была изучена локализация, строение и состав секрета секреторных каналов плодов Eleutherococcus senticosus, E.sessiliflorus и Tupidanthus calyptrathus (в сравнении). Хотя в плодах представителей и того, и другого рода секреторные канальцы встречаются без определенной четкой связи с проводящими пучками, т.е. по так называемому Аралиевому-типу рассеянных канальцев (“scattered canals”), секрет в их полостях у Tupidanthus и Eleutherococcus оказался несколько различен по своему составу. Для представителей Apiaceae (на примере Peucedanum и Carum) было показано, оба присущих им типа канальцев (реберные и ложбиночные – “vittae”) закладываются уже на очень ранних стадиях развития, в то время как у зрелого плода реберные канальцы обнаруживаются, как правило, с большим трудом: они сдавливаются окружающими тканями и постепенно облитерируют. Секрет, выделяемый эпителиальными клетками в полость этих канальцев, неодинаков: это наглядно продемонстрировал целый ряд проведенных нами гистохимических тестов. Данные ультраструктуры эпителиальных клеток в целом подтверждают вывод о различном составе секрета ложбиночных и реберных секреторных канальцев, указывая на их разную метаболическую активность. Ко времени полного созревания плода эпителий канальцев начинает деградировать. Деградация эта выражается в потере клеточного строения, разрушении перегородок и преобразовании некогда четко структурированного эпителиального слоя в своеобразный неклеточный синцитий.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".