Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10400.3/2264
Título: Differentiation of reticulate and flange ingrowths of maize endosperm transfer cells.
Autor: Rocha, Sara Maria de Jesus Freitas
Orientador: Monjardino, Paulo Ferreira Mendes
Machado, Artur da Câmara
Palavras-chave: Células de Transferência
Milho
Maize (Zea mays L.)
Transfer Cells
Data de Defesa: 17-Jun-2013
Citação: Rocha, Sara Maria de Jesus Freitas – "Differentiation of reticulate and flange ingrowths of maize endosperm transfer cells". Angra do Heroísmo : Universidade dos Açores. 2013. 112 p.. Tese de Doutoramento.
Resumo: As células de transferência do endosperma do milho (Zea mays L.) são especializadas no transporte de elevadas quantidades de assimilados para o grão. Devido a importância destas células para a produção dos grãos de milho vários estudos foram realizados para tentar compreender a formação deste tipo de células. No entanto, conhecimentos científicos recentes associados a novas tecnologias permitiram reavaliar conceitos antigos e explorar novos sobre a formação das células de transferência. No primeiro capítulo deste estudo caracterizamos o desenvolvimento das células de transferência do milho utilizando microscopia de campo largo, microscopia eletrónica de transmissão (TEM) e microscopia confocal a laser de varrimento (CLSM). Desta forma foi-nos possível perceber pela primeira vez e contrariamente a estudos prévios que as células de transferência do milho na sua camada mais basal formam invaginações reticuladas e flangeadas em paredes distintas. Tanto quanto sabemos esta característica ainda não foi descrita nas células de transferências ate agora estudadas, embora suspeitemos que outras espécies da família Poaceae possam ter característica idêntica. As camadas mais interiores das células de transferência formam unicamente invaginações flangeadas. Descreve-se também a estrutura e a ulta estrutura das invaginações, nomeadamente a compactação e a orientação das microfibrilas de celulose em ambos os tipos de invaginações durante o desenvolvimento das células de transferência. Recentemente foi demonstrado que os microtúbulos corticais orientam os movimentos dos complexos enzimáticos de celulose sintetase, controlando assim o tamanho e a forma das paredes celulares. Por seu lado, os complexos proteicos de γ- tubulina foram associados a síntese de novos microtúbulos. Assim no segundo capítulo descrevemos como os microtúbulos corticais e os complexos proteicos de γ-tubulina se associam a formação dos dois tipos distintos de invaginações comparando os resultados com as paredes celulares das células do endosperma amiláceo do milho que não desenvolvem invaginações. A utilização do CLSM permitiu-nos observar que nos microtúbulos, associados a síntese de invaginações flange, acentua-se a medida que os grãos se aproximam da maturação fisiológica. No caso das células de transferência, os níveis de lenhificação das invaginações são semelhantes aos das paredes adjacentes. Estes resultados entram em contradição com publicações anteriores que afirmavam que estas células não são lenhificadas. Neste estudo foram utilizadas tecnologias diferentes e mais sensíveis para a deteção de lenhina, nomeadamente a contrastação com permanganato de potássio e marcação com acriflavina, com visualização no TEM acoplado a espectroscopia de raios X por dispersão em energia e CLSM, respectivamente. Ambas as técnicas produziram resultados concordantes. A estes acresce a determinação de que o tratamento com peroxido de hidrogénio remove especificamente o conteúdo de algumas vesiculas adjacentes as invaginações reticuladas, mas não das paredes celulares e respetivas invaginações, contribuindo por isso para apoiar parcialmente as descobertas anteriores. A análise de crescimento revelou que a lenhificação ocorre simultaneamente com as fases de crescimento mais ativo, por isso não impede o crescimento celular. Este estudo contribuiu para aprofundar o conhecimento sobre a estrutura e a composição das invaginações durante o desenvolvimento das células de transferência assim como aumentar a perceção dos mecanismos biológicos envolvidos no desenvolvimento destas células essenciais a produção dos grãos de milho.
ABSTRACT: Transfer cells of maize (Zea mays L.) endosperm are optimized to transport great quantities of assimilates essential to the growth and development of the grain. Considering their importance, these cells have been the subject of many studies. Nevertheless, recent scientific data associated with new technologies enabled us to re-evaluate old concepts and explore new ones about the processes of transfer cell formation. In the first chapter of this study the development of maize endosperm transfer cells was characterized by bright field microscopy, transmission electron microscopy (TEM) and confocal laser scanning microscopy (CLSM). This has enabled us, and against previous studies, to detect the presence of reticulate and flange ingrowths arising from distinct walls in the most basal endosperm transfer cells. As much as we can tell no one has reported this before, although it is possible that other species from the Poaceae family may have the same trait. The inner transfer cells form only flange ingrowths. The structure and ultrastructure of both ingrowths is also reported, namely its cellulose microfibrils orientation and compaction throughout development. Recently it was demonstrated that cortical microtubules guide the movements of celulose sintethase complexes, therefore controlling the size and shape of cell walls. On the other hand γ-tubulin complexes were associated with the synthesis of new microtubules. Therefore in the second chapter we describe how cortical microtubules and γ-tubulin complexes are associated with the formation of both types of ingrowths and comparisons are made against the cell wall formation of the starchy cells that do not form ingrowths. The CLSM allowed us to determine that the microtubules associated with flange ingrowths form long and mostly longitudinal bundles, whereas the microtubules associated with the reticulate ingrowths form individual or narrower bundles and often curvilinear microtubules that are entangled and seem to surround the tips of these ingrowths. The γ-tubulin complexes associated with the synthesis of flange ingrowths are located preferentially along such structures, whereas those associated with the reticulate ingrowths have not a clear pattern. In the starchy cells the microtubules at earlier developmental stages are randomly organized, becoming progressively bundled and arranged in cross arrays that rapidly evolved to parallel arrays by the time they start accumulating starch and zeins. Later in development the microtubule bundles become narrower and individual and are arranged in tight parallel arrays. With these data we developed models of microtubule and γ-tubulin organization patterns of transfer cells and starchy cells of maize endosperm. Our analysis of the organization pattern of the cortical microtubules and of the γ-tubulin complexes led to present models for the reticulate and flange ingrowths formation and for the formation of maize endosperm starchy cell walls. In the third chapter we present results indicating that the transfer cells and the starchy cells are lignified and that it increases as they approach physiological maturity. In case of the transfer cells, lignification levels were similar between the ingrowths and adjacent walls. These results dispute previous findings that claimed that the transfer cells were not lignified. We have used different techniques and very sensitive for lignin detection, namely staining with potassium permanganate and acriflavine, and visualization on the TEM plus energy dispersive X-ray technique and CLSM, respectively. Both techniques provide concurrent results. We have determined that the treatment with hydrogen peroxide specifically removed the content of some vesicles adjacent to reticulate ingrowths, but not of the cell walls and respective ingrowths, therefore supporting partially the previous findings. The cell growth analysis revealed that lignification occurs simultaneously with the stages of active growth of transfer and starchy cells, thus it is no impediment to cell growth. This study provided a deeper understanding of the structure and the composition of the wall ingrowths during transfer cells development and also provided important insights on biological mechanisms involved in the development of these cells essential for kernel yield.
Descrição: Tese de Doutoramento em Ciências Agrárias (Biotecnologia).
URI: http://hdl.handle.net/10400.3/2264
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