Desenvolvimento estrutural e dinâmica de constituintes químicos no gineceu de Billbergia Nutans H.Wendl ex Regel (Bromelioideae-Bromeliaceae)

Abstract

No gineceu, ocorre o desenvolvimento de esporos e de gametófitos femininos no ovário, e as várias especializações do gineceu promovem sua interação com o gametófito masculino até a fecundação. Pouco se conhece sobre essas interações na porção ovariana do gineceu. Em Bromeliaceae, o detalhamento histológico do estigma e do estilete é inexistente. Para Billbergia, não existem dados embriológicos. Billbergia nutans (Bromeliaceae, Poales) é uma espécie importante como fonte de alimento para os polinizadores durante o inverno e apresenta ameaça de extinção em nível estadual. Este estudo visa ampliar o conhecimento sobre as modificações histológicas do gineceu em angiospermas, em preparação à polinização e fecundação; contribuir para o conhecimento da embriologia de Bromeliaceae; e verificar a presença de limitações ou vantagens reprodutivas durante o desenvolvimento embriológico de B. nutans. As análises foram executadas em Microscopia de Luz, em campo claro e epifluorescência, e em Microscopia Eletrônica de Varredura. Foram realizados testes histoquímicos e a marcação com anticorpos monoclonais para a detecção de compostos químicos. São registrados dados inéditos sobre a embriologia do gênero, a estrutura histológica do gineceu na família, a reconstrução tridimensional do gametófito feminino em monocotiledôneas e a imunolocalização de determinadas pectinas no ovário de angiospermas. A arquitetura do estigma espiral-conduplicado resulta de vários eventos ao longo do desenvolvimento. Os tricomas estigmáticos, o tecido transmissor e o obturador produzem secreção polissacarídica. Os tricomas estigmáticos armazenam sua secreção em bolsões pécticos no interior da parede periclinal externa. As paredes celulares labirínticas caracterizam as células do tecido transmissor e obturador de B. nutans como células de transferência, de composição pecto-celulósica. Há uma dinâmica de amido associada à secreção no gineceu, regulada pelo desenvolvimento. Os grãos de amido são considerados como fonte de moléculas para a produção da secreção, e os inúmeros campos primários de pontoação devem facilitar esse transporte. O obturador de Bromeliaceae é semelhante ao de espécies de Liliaceae e Asparagaceae. Os rudimentos seminais de Bromeliaceae são anátropos, bitegumentados e crassinucelados, com gametófito do tipo Polygonum. Muitos caracteres são sugeridos como úteis para a taxonomia da família. A morfologia do apêndice calazal pode ser um caráter inapropriado para aplicação taxonômica, devido à variabilidade encontrada em B. nutans. Quanto à evolução do rudimento seminal em Bromeliaceae, a subfamília que divergiu mais cedo mostra estados reduzidos de vários caracteres. Alguns caracteres parecem ser homoplásicos na família, podendo ser relevantes se aplicados em níveis taxonômicos inferiores. Em Poales, os tegumentos compostos por duas camadas celulares e o reduzido número de rudimentos seminais são, provavelmente, estados de caráter plesiomórficos. Não foram observadas limitações reprodutivas significativas durante o desenvolvimento do rudimento seminal de B. nutans. A modulação espacial encontrada entre arabinanos, galactanos e proteínas arabinogalactanos (AGPs) no ovário demarca a trajetória porogâmica do tubo polínico em direção ao gametófito feminino. A produção dessas moléculas é regulada pelo desenvolvimento. Possíveis funções das pectinas e AGPs nesses tecidos são discutidas, como a flexibilidade e expansibilidade da parede celular, sinalização e adesão celular, nutrição e atração do tubo polínico. A detecção química dessa trajetória tem sido observada em outras angiospermas, principalmente com relação às AGPs. Contudo, cada espécie possui um conjunto específico de moléculas, aparentemente não relacionado à posição filogenética. Este estudo mostra que o tubo polínico, possivelmente, aproxima-se do rudimento seminal por sinais direcionais sucessivos do gineceu.

In the gynoecium, the development of spores and female gametophytes occurs within the ovary, and the various specializations of the gynoecium promote its interaction with the male gametophyte until fertilization. Little is known about these interactions in the ovarian portion of the gynoecium. In Bromeliaceae, the histological detailing of the stigma and style is unknown. There are no embryological data for Billbergia. Billbergia nutans (Bromeliaceae, Poales) is an important species as a source of food for pollinators during winter and is under threat of extinction at the state level. This study aims to expand the knowledge about the histological changes of the gynoecium in preparation for pollination and fertilization in angiosperms; to contribute to knowledge of the embryology of Bromeliaceae; and to verify the presence of reproductive limitations or advantages in the embryological development of B. nutans. The analyses were performed with Light Microscopy, under bright field and epifluorescence, and in Scanning Electron Microscopy. Histochemical tests and labelling with monoclonal antibodies were performed for the detection of chemical components. Unpublished data are recorded on the embryology of the genus, the histological structure of the gynoecium in the family, the three-dimensional reconstruction of the female gametophyte in monocotyledons and the immunolocalization of certain pectins in the ovary of angiosperms. The architecture of the conduplicate-spiral stigma results from several events throughout the development. The stigmatic trichomes, the transmitting tissue and the obturator produce a polysaccharidic secretion. The stigmatic trichomes store the secretion in pectic pockets inside its outer periclinal wall. The labyrinthic cell walls are composed by cellulose and pectins and characterize the cells of the transmitting tissue and obturator of B. nutans as transfer cells. Starch dynamics associated with secretion are observed in the gynoecium, and are developmentally regulated. The starch grains are considered as a source of molecules for the production of secretion and many primary pit fields may facilitate such transport. The obturator of Bromeliaceae is similar to those of Liliaceae and Asparagaceae species. The ovules of Bromeliaceae are anatropous, bitegmic and crassinucellate, with a Polygonum-type gametophyte. Many characters are suggested as useful for the taxonomy of the family. The morphology of the chalazal appendage may not be an appropriate character for taxonomic use, due to the variability found in B. nutans. Regarding the evolution of the ovule in Bromeliaceae, the earliest-divergent subfamily shows a reduced state of several characters. Some characters appear homoplasious in the family and may be relevant when applied to lower taxonomic levels. Within Poales, the two-layered integuments and the small number of ovules are probably plesiomorphic character states. Reproductive limitations during ovule development of B. nutans were not found to be significant. The spatial modulation found between arabinan, galactan and arabinogalactan proteins (AGPs) in the ovary delineates the porogamic pollen tube pathway into the female gametophyte. The production of these molecules is developmentally regulated. Possible roles for pectins and AGPs in these tissues are discussed, such as the flexibility and expansibility of the cell wall, cell signaling, cell adhesion, nutrition and attraction of the pollen tube. The chemical detection of this pathway has been observed in other angiosperms, especially with respect to AGPs. However, each species has a specific set of molecules, apparently unrelated to the phylogenetic position. This study shows that the pollen tube possibly approaches the ovule by successive directional cues from the gynoecium.