Mestranda: Leyde Nayane Nunes dos Santos SilvaProfessora: Delmira da Costa SilvaDisciplina: Anatomia Vegetal Avançada

Cyperaceae Juss

• 5.387 espécies distribuídas em 106 gêneros (Govaerts et al., 2007);

• Ocorrem através de uma ampla gama de altitudes desde o nível do mar até 5000m no Himalaia;

• Tem grande importância econômica;

Abstract Four variants of Kranz anatomy occur in the Cyperaceae. Three of these anatomical types

(fimbristyloid, chlorocyperoid, and eleocharoid) are unique among taxa with C, photosynthesis in that the photosynthetic carbon reduction tissue (PCR, functional equiv- alent of bundle sheath) is located within the vascular strand and is separated from the primary carbon assimilation tissue (PCA, positional equivalent of mesophyll) by the mestome sheath layer. In the fourth anatomical type, rhynchosporoid, PCR tissue is located in the position of the mestome sheath. In this study, we compared two aspects of development of PCR and PCA tissues in representatives of the C, and C, types: (I) ontogenetic derivation and (2) cellular differentiation. Analysis of the planes of cell division associated with procambial strand formation indicated that PCR tissue is always derived from the procambium, while PCA tissue is derived from the ground meristem. These cell lineages remain distinct after the initial organization of vascular strands. Analysis of cell differentiation using accumulation of cell-type-specific photosynthetic enzymes as markers of differentiation indicated that, with one exception, a low level of non-cell-specific enzyme accumulation preceded abundant and cell-specific accumulation of photosythetic enzymes at the distal end of the leaf elongation zone. Enzyme accumulation coincided spatially (and temporally) with structural aspects of cell differentiation. Previous cladistic analyses have indicated that these anatomical types represent separate evolutionary origins of the C4, pathway, and the differences in developmental pathways observed here reflect these independent origins from C3, ancestors.

Keywords: C, photosynthesis; cell differentiation; cell lineage; Cyperaceae; Kranz anatomy; PEPCase; RuBPCase.

•4 variantes de anatomia Kranz ocorrem em cyperaceae;•3 desses tipos anatômicos (fimbristyloides, chlorocyperóide e eleocharóide) são unicos entre os taxa com fotossíntese C4;

•PCR – dentro da cadeia vascular e é separado do tecido de assimilação primária de carbono (PCA). No 4º tipo (Rhinchosporóide) o tecido PCR está localizado na bainha da endoderme;•Nesse estudo foi feita a comparação de 2 aspectos do desenvolvimento de PCR e PCA e a diferenciação celular.

Introdução

• As vias fotossintéticas de C4 requerem a atividade coordenada de dois tipos celulares fotossintéticos: PCA e PCR;

• O termo Kranz;

Cymbopogon citratus

• Tipos anatômicos para o taxa Cyperaceae:1. Rhynchosporóide;2. Chlorocyperóide;3. Fimbristylóide;4. Eleocharóide.

Introdução

• São definidos pela presença ou ausência da bainha de feixe parenquimatoso, a posição do tecido de PCR, a posição onde o PCR está (se na borda interna do parênquima, é interrompido por grandes elementos de metaxilema ou é continuo);

Introdução

• Rhynchosporóide:A camada de PCR se encontra na posição da bainha de endoderme comparável C3 Cyperaceae, e uma bainha parenquimática está presente (Fig. 1B)

• Nos tipos chlorociperóide e fimbristylóide, o tecido PCR está na posição da borda interna do parênquima do tecido vascular comparável de C3 e cyperáceas, em grandes veias principais, a camada de PCR é interrompida por grandes elementos do metaxilema (Fig. C e D)

Introdução

• No tipo anatômico eleocharóide, a camada de PCR se encontra na posição da borda interior do parênquima, mas esta camada é contínua, e se estende entre os vasos do metaxilema grandes e bainha da endoderme em veias maiores ( Fig. 1E)

Introdução

Objetivos

• Investigar dois aspectos do desenvolvimento de células PCA e PCR;

• Determinar se os clados principais diferiam em vias de desenvolvimento usados para alcançar o amadurecimento da Anatomia Kranz.

Materiais e Métodos

• Material vegetal e condições de crescimento;• Identificação da zona de alongamento da

folha;• Derivação ontogenética do tecido

fotossintético;• Imunolocalização.

Material vegetal e condições de crescimento;• Plantas de espécies C3 Cyperus Eragrostis e três  espécies C4, Rhynchospora

rubra (NADP-ME, tipo anatômico rhynchosporoide), Pycreus polystachyos (NADP-ME, tipo anatômico chlorociperóide), e Eleocharis retroflexa (NAD-ME, tipo anatômico eleocharoide) foram cultivadas em estufas da Universidade de Toronto. Locais e coletores de sementes ou material preservado estão listadas na (Tabela 1) ; testemunhos estão depositadas no Royal Ontario Museum Herbarium, Canadá (TRT). Além de tipagem anatómica, todas as espécies examinadas neste estudo eram previamente bioquimicamente digitada por análise com enzimas e / ou razões de isótopos de carbono ( quadro 1 ).

Materiais e Métodos

Materiais e Métodos

Identificação da zona de alongamento da folha;

Materiais e Métodos

Ultramicótomo Sorvall MT-2 (3mm)

Secções transversais Epon ou Sppur

Inclusão

LavagemEtanol 70%

Formalina e ácido acético glacial-etanol

(70%)

Fixação

Coloração Azul de toluidina

Comprimento total da folha ou do colmo foram

medidos para cinco plantas replicadas para

cada uma das quatro espécies investigadas

Identificação da zona de alongamento da folha; Os comprimentos de cinco células epidérmicas foram medidos a 1,0 mm de intervalo ao longo do comprimento de cada folha em expansão usando um micrômetro fase em um microscópio Polyvar Reichert. Uma vez que anteriormente o alongamento das células da epiderme pode ser usado como um marcador para o limite distal da zona de alongamento de folhas (identificado utilizando critérios independentes), foi medida a distância a partir da base da folha para as mais proximais completamente alongadas das células epidérmicas (Soros e Dengler, 1996). 

Materiais e Métodos

Derivação Ontogenética dos tecidos fotossintéticos;

Materiais e Métodos

Ultramicótomo Sorvall MT-2 (3mm)

Secções transversais Epon ou Sppur

Inclusão

Pós - fixaçãoTetróxido de ósmio

paraformaldeído a 4% e glutaraldeído 2%,

Fixação - ápices

Coloração Azul de Toluidina a 0,05% e

Carbonato de Sódio a 0,1%

Espécimes de 4 – 8 semanas

Fotografados em um microscópio Polyvar

(Reichert-Jung, Viena, Áustria)

• Inferiu a equivalência posicional do tecido PCR a partir das relações de determinação de células de linhagem de veias e tecidos associados.

• Os planos formativos do procâmbio e do meristema fundamental foram determinados nas seções em série através da mitose ou pares de células irmãs, separadas por uma parede celular visivelmente fina

Materiais e Métodos

• Para este estudo, os feixes principais foram identificados como aqueles com lacunas do protoxilema e elementos do metaxilema, enquanto que as veias pequenas foram aquelas sem lacunas do protoxilema e elementos do metaxilema pequenos. Estas contagens forneceram dados quantitativos para descrições qualitativas de outro padrão, proporcionando assim um apoio adicional para a interpretação das relações posicionais em tecidos maduros.

Materiais e Métodos

Imunolocalização

Materiais e Métodos

Seções transversais (7 mm) de espessura

foram cortadas em um micrótomo rotativo e montados em poli – L

- lisina

Desidratação e métodos de

incorporação feitos de acordo com Dengler et

al. (1995) 

Ápices foram fixados em 3: 1 de etanol: ácido acético glacial

overnight à temperatura ambiente.

Três vértices idênticos, cada um contendo 5-10 folhas de cada

espécie foram examinados para cada enzima

Isolamento de proteínas RuBPCase e produção de

anticorpos foram realizados como descrito por Dengler et al. (1995) 

Imunolocalização de acordo com Dengler et al., (1995)

™ Immunoselect imunocitoquímica, ELISA,

imunotransferência e System

Seções transversais semifinas foram feitas em micrótomo rotativo

Imunolocalização; Os anticorpos primários foram diluídos 1: 5000 para RuBPCase e 1: 2000 para PEPCase. Lâminas de controle paralelos usando soro pré-imune no lugar do anticorpo primário foram executados com cada experimento RuBPCase e slides omitindo o anticorpo primário, mas incluindo todos os outros passos foram executados como controles para os experimentos PEPCase. Em algumas experiências, as outras espécies, com padrões de imunolocalização conhecidos (por exemplo, Stenotaphrum secundatum ; Sud e Dengler, 2000) foram incluídos nas mesmas lâminas como controles positivos.

Materiais e Métodos

Resultados

• O arranjo espacial dos tecidos fotossintéticos das três formas e da análoga as C3 é altamente incomum; isso porque tecido PCR está localizado na borda interna do parênquima do feixe vascular;

• A posição do tecido de PCR atrás da barreira fornecido pelas paredes da bainha suberizadas da endoderme potencialmente melhora CO2 , reduzindo a concentração de fuga apoplástica;

Resultados Identificação da zona de alongamento de folha• A zona de alongamento foi mais ou menos constante em

toda extensão das folhas de idades crescentes, com base no padrão de alongamento das células epidérmicas;

• Em cada espécie, as folhas mais jovens macroscopicamente visível ou colmo foi menor do que a zona de alongamento;

• Folhas maduras que tinha cessado a expansão ainda tinha uma zona de células epidérmicas menores na base, embora o tecido vascular maduro estivesse estendido ao longo da zona.

Resultados

Nas folhas de C3, o crescimento parou quando a folha atingiu ~175 mmZona de alongamento ~ 6-8% na folha madura

As folhas ou os colmos das espécies representativas (C4) eram mais curtos e tinham zonas proporcionalmente mais curtas de alongamento de folhas, mas estes ainda ocupavam ~ 8% do comprimento da folha madura ou do colmo

o alongamento da zona estendida ~ 3,0 mm, com base em medições de células epidérmicas e 2,4 ± 0,2 mm, com base no nível das lacunas de floema

Derivação ontogenética dos tecidos fotossintéticos

• Nas quatro espécies representativas examinadas, feixes longitudinais foram organizados durante os primeiros quatro a cinco plastocronos do desenvolvimento foliar

Resultados

• Nos estágios iniciais de desenvolvimento dos feixes maiores observados, o procâmbio estava geralmente distinguido do meristema fundamental pelo menor diâmetro celular e ausência de vacúolos no citoplasma;

Resultados

• Na espécie C3 Cyperus Eragrostis, fios procambiais poderiam ser reconhecidos pela redução no tamanho dos vacúolos e pelos planos distintos de divisão celular;

Resultados

• Divisões subsequentes dentro do procâmbio ocorreu quer no interior da camada periférica "B“ ou dentro da região "A", mantendo-se a distinção destas duas linhagens

Resultados

• Durante as fases iniciais da formação do cordão procambial, divisões longitudinais no interior do meristema fundamental adjacente ocorreu em todos os planos;

Resultados

• Após a formação da camada "C" a partir do resto do meristema fundamental ("D" região), ela tende a permanecer distinta do tecido fundamental circundante;

Resultados

• Em veias principais e secundárias, a diferenciação dos elementos PP da primeira região dentro de "A" forneceu um marcador, indicando que a região "A" se formou no tecido vascular com fronteira no interior do parênquima, na sua periferia, a região "B" formou a endoderme, região "C", formou a bainha do feixe parenquimatoso, e a região "D" formou o tecido fundamental adjacente .

Resultados

Resultados e Discussão

A proporção de divisões que deram origem a derivados

refletem a separação de tecido vascular e linhagens da bainha de mestoma desde

cedo

Resultados

A diferenciação celular• a diferenciação das células foi avaliada através

da acumulação de células específicas do RuBPCase enzimas fotossintética e PEPCase.

• Em Cyperus Eragrostis, RuBPCase e PEPCase não foram detectadas dentro da zona de divisão celular  (1mm)

Resultados

• O mesmo padrão foi observado, em geral o representante das três C4 examinadas, mas diferem ligeiramente em tempo de acumulação da enzima (Fig. 9 B e D);

• Chlorocyperóide não foi detectado dentro da zona de divisão cel; RubPCase foi mas não cel – especifica; PEPCase não foi detectada nesse nivel mas apareceu acima da base da folha;

Resultados

• Acumulação destas enzimas precedeu tanto a diferenciação de protofloema e protoxilema e formação do extenso espaço intercelular no mesofilo;

Resultados

• Acumulação destas enzimas precedeu tanto a diferenciação de protofloema e protoxilema e formação do espaço aéreo intercelular extensa no mesofilo;

Resultados

Resultados

Resultados

Resultados

• A posição do tecido de PCR atrás da barreira fornecida pelas paredes da bainha suberizadas do mestoma potencialmente melhora o CO2, reduzindo a concentração de fuga apoplástica;

• Esta versão única de anatomia Kranz levanta interessantes questões de desenvolvimento, particularmente em relação: à derivação ontogenética dos tecidos fotossintéticos, o padrão temporal de diferenciação fotossintética celular e da evolução desses padrões de desenvolvimento dentro da Cyperaceae.

Discussão

Derivação Ontogenética de tecidos e de PCR associada

• Apesar da variação no padrão anatômico maduro entre os tipos, verificou-se que o tecido PCR é sempre derivado do procâmbio e CPA é sempre derivado do meristema fundamental;

Discussão

• Especificamente, procâmbio dá origem ao tecido vascular, incluindo a margem interior do parênquima (PCR tecido no fimbristyloide, chlorociperóide e tipos eleocharoide), e a bainha de mestoma (tecidos PCR do tipo rhynchosporoide), enquanto meristema fundamental adjacente forma o mesofilo (PCA tecido em tipo C4) e bainha parenquimática, quando presente;

Dicussão

Discussão

Referência extraSimpson, D. A., Yesson, C., Culham, A., Couch, C. A.,

Hodkinson, T., Jones, M., Waldren, S., Parnell, J. (eds.) Climate chan nge, ecology and systematics. Cambrigde University Press, pp. 439 – 456. ISBN 9780521766098 (Chapte19) avaible at http;//centaur.reading.ac.uk/20419/