Новосибирск
Novosibirsk
Эпидермис листа однодольного растения - широко используемая модельная система для изучения дифференцировки клеток растений. Он содержит специализированные клетки, которые легко наблюдать. В настоящей работе предлагается концепция использования растущего листа злаков для изучения стресс-индуциро-ванных изменений морфогенеза в динамике. Линейный лист пшеницы во время своего формирования длительное время сохраняет фазу стационарного роста. Это позволяет наблюдать серию последовательных событий морфогенеза, зафиксированных в клеточной структуре взрослого листа. Для изучения клеточной архитектуры эпидермиса листа пшеницы применен подход, основанный на получении и обработке конфокальных 3D изображений листьев пшеницы, окрашенных флуоресцентными красителями. Он дает возможность проводить точное морфометрическое описание и определять количественные характеристики паттерна эпидермиса листа. Низкие температуры являются одним из факторов, лимитирующих возделывание культурных растений в умеренной зоне. Показаны значимые нарушения морфогенеза устьичного аппарата в эпидермисе предфлаговых листьев сортов Саратовская 29 и Янецкис Пробат в ответ на холодовой стресс. Установлено, что в зоне максимального проявления стрессового воздействия преобладают функционально нарушенные устьица, тогда как в зонах, сформированных до и после него, аномалии развития сводятся только к нарушению морфогенеза обкладочных клеток. Для сорта Саратовская 29 было выявлено формирование значимого количества эктопических трихом в рядах, детерминированных к образованию устьиц. С применением предлагаемого подхода можно получать стандартизованные качественные и количественные оценки стресс-индуцированных нарушений морфогенеза эпидермиса листа пшеницы. Впоследствии эти данные могут быть использованы для верификации компьютерных моделей морфогенеза листа. Дальнейшее изучение механизмов действия холодового стресса на морфогенез позволит найти дополнительные возможности повышения урожайности пшеницы в зонах рискованного земледелия.
The leaf epidermis of a monocotyledonous plant is a widely used model system for studying the differentiation of plant cells, as it contains readily observable specialized cells. The approach proposed in this paper uses a growing cereal leaf to study stress-induced dynamic changes in morphogenesis. In the process of formation, the linear leaf of wheat remains in the stationary growth phase for long. This fact permits us to observe a series of successive morphogenetic events recorded in the cellular structure of the mature leaf. In studying the cellular architecture of the wheat leaf epidermis, we obtained and processed confocal 3D images of wheat leaves stained with fluorescent dyes. This procedure allows an accurate morphometric description and determination of quantitative characteristics of the leaf epidermal pattern. Low temperatures are among the factors limiting the growing of crop plants in the temperate zone. In the present work, we show significant aberrations of stomatal morphogenesis in the epidermis of boot leaves of wheat varieties Saratovskaya 29 and Yanetskis Probat in response to cold stress. We found that nonfunctional stomata predominated in the zone of maximum manifestation of stress, whereas in the zones formed before and after the stress impact, the developmental anomalies come to the disturbance in the morphogenesis of subsidiary cells. In Saratovskaya 29, a significant amount of ectopic trichomes formed in rows predetermined to stoma formation. The proposed approach can provide standardized qualitative and quantitative data on stress-induced morphogenesis aberrations in wheat leaf epidermis. Subsequently, these data can be used for verification of computer models of leaf morphogenesis. Further study of the mechanisms of the effect of cold stress on morphogenesis will add to the search for additional opportunities to increase wheat yields in areas of risky agriculture.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.