Embriologia de Nymphaea L. (Nymphaeales - Nymphaeaceae): implicações para a evolução inicial das angiospermas

Abstract

Compreender a diversidade das Nymphaeales, considerado como o segundo ramo da filogenia das angiospermas, é de considerável interesse como modelo da evolução inicial das angiospermas. Este trabalho objetivou investigar a ontogenia da antera, dos óvulos e sementes em espécies de Nymphaea. Ovários e sementes de N. amazonum Mart. & Zucc. subsp. amazonum, N. caerulea Savigny e N. lotus L. e, anteras de N. amazonum Mart. & Zucc. subsp. amazonum e N. caerulea Savigny, em diversos estádios de desenvolvimento, foram fixados, infiltrados em historesina e as secções obtidas com 1-4 µm foram coradas com azul-de-toluidina O ou submetidas a testes histoquímicos. O desenvolvimento da parede do androsporângio é do tipo básico. Após a meiose, a citocinese simultânea dá origem a tétrades tetraédricas de andrósporos nas quais já são detectáveis a intina e a primexina, há um atraso na liberação dos andrósporos das tétrades em N. caerulea. A partir do estádio de andrósporos livres observa-se uma abertura anelar equatorial e, no estádio de andrósporos vacuolados observa-se o ‘pollenkitt’ na superfície da esporoderme. A mitose do andrósporo ocorre perpendicularmente à esporoderme e, a intina se espessa, principalmente abaixo da abertura, onde há a contribuição da endexina para a formação do oncus. O tapete de N. amazonum e N. caerulea é secretor e não apresenta ciclos invasivo como relatado para N. colorata. O tipo básico de desenvolvimento do androsporângio também foi relatado para Amborella trichopoda, Nuphar pumila e para as duas espécies de Nymphaea estudadas, o que sugere ser um padrão comum no grado ANA. Dentro das angiospermas basais os caracteres referentes à ontogenia da antera se mostraram lábeis, sobretudo quanto ao tipo de tapete, à geometria e à dissociação das tétrades e à deposição de ‘pollenkitt’. Nos estádios iniciais da formação do ginosporângio em N. caerulea e N. lotus, apenas uma em até 3 iniciais subepidérmicas passa pelos eventos que levam a formação do arquespório e da célula parietal, sendo que apenas uma destas células chega a se diferenciar em célula-mãe dos ginósporos (CMG). Nymphaea amazonum eventualmente apresenta duas CMG, embora nunca tenham sido observados óvulos com dois ginófitos. Os óvulos das três espécies são trizonados, crassinucelados, bitegumentados, anátropos e a micrópila é endostômica. Todas as espécies apresentam uma zona citoplasmática densa na CMG que é tenuemente positiva para DNA, além de organelas DAPI-positivas dispersas pelo citoplasma. A meiose origina uma tríade linear na qual apenas o ginósporo calazal prossegue seu desenvolvimento, embora as tétrades lineares predominem, tríades lineares foram observadas em várias espécies o que leva a crer que esta organização dos ginósporos evoluiu diversas vezes dentro do grado ANA. No estádio de ginósporo binuclear observou-se a migração conjunta dos núcleos em direção ao polo micropilar do ginófito, o que traz algumas implicações à conceituação de módulo básico de desenvolvimento do ginófito presente na literatura. Contudo, a presença do ginófito do tipo Nuphar/Schisandra em N. amazonum, N. caerulea e N. lotus, conjuntamente com as implicações levantadas pelo conflito interparental e o aumento no valor adaptativo do endosperma triploide para as angiospermas corroboram a plesiomorfia deste tipo de ginófito. O desenvolvimento do endosperma em Nymphaea é ab initio celular, e a primeira divisão da célula endospérmica primária estabelece os domínios micropilar e calazal do endosperma, sendo que o padrão de divisões iniciais do endosperma variou para cada uma das espécies. As paredes periclinais internas e parte das anticlinais das células da porção micropilar da epiderme nucelar apresentaram espessamentos positivos para celulose em todas as espécies e, em N. amazonum também houve a deposição de calose, o que pode indicar que consistem em células de transferência. Na semente madura o endosperma é restrito a uma camada celular que envolve o embrião, este último é composto por um epicótilo com dois primórdios foliares assimétricos de filotaxia decussada em relação aos dois cotilédones. Os cotilédones são hemisféricos e envolvem completamente o epicótilo. Acima da radícula, o cilindro procambial se ramifica para suprir cada um dos órgãos apendiculares. Tanto as células embrionárias (sobretudo as cotiledonares) como as endospérmicas exibem amiloplastos e inclusões de natureza glicoproteica (provavelmente grânulos de aleurona), o que favorece a teoria sobre a homologia entre o embrião e o endosperma em Nymphaea.

Understanding the diversification of Nymphaeales, the second branch in the angiosperm phylogenetic tree, has a considerable interest to propose models of early evolution of the angiosperms. This work aims to analyze the anther and ovule ontogeny in species of Nymphaea. Ovaries and seeds of N. amazonum Mart. & Zucc. subsp. amazonum, N. caerulea Savigny and N. lotus L. and, anthers of N. amazonum Mart. & Zucc. subsp. amazonum and N. caerulea Savigny, in several development stages, were fixed infiltrated in historesin and the sections with 1-4 µm were stained with toluidine blue O or submitted to histochemical tests. The androsporangium wall follows the basic type of development. After meiosis, a simultaneous cytokinesis give rise a tetrahedral tetrad of androspores, the intine and primexine is detectable in this stage and, in N. caerulea occurs a delay in the release of androspores from the tetrads. We observe an equatorial ring-like aperture in the free androspores stage and, in vacuolated androspores the ‘pollenkitt’ is visualized in the sporoderm surface. The mitosis of the androspore occurs perpendicularly to sporoderm and, the intine begins to thicken beneath the aperture and, together with the endexine originate the oncus. The tapetum of Nymphaea amazonum and N. caerulea are secretor and do not show invasive cycles as reported to N. colorata. The basic type of androsporangium wall development also are reported to Amborella trichopoda, Nuphar pumila and for the species of Nymphaea studied, suggesting that it is a common pattern in ANA grade. The characters observed in anther ontogeny is labile in basal angiosperms specially the tapetum type, the geometry and the dissociation of tetrads and the ‘pollenkitt’ deposition. In the early stages of gynosporangium in N. caerulea and N. lotus, only one of up to three subepidermic initial cells divides and originates the archesporium and the parietal cells and, only one of the archesporial cells differentiates in gynospore mother cell (GMC). In N. amazonum, eventually occurs ovules with two GMC, although we never observe ovules with two gynophytes at maturity. The ovules of the three species are trizonate, crassinucellate, anatropous and the micropyle is endostomic. All species show a citoplasmically dense zone in the GMC slightly labeled to DNA, and there are organelles DAPI-positive spread in the cytoplasm. The meiosis originates a linear triad and just the chalazal gynospore proceeds the development. Although the linear tetrads predominates, the presence of triads spread in the group, suggest that this organization of the gynospores evolved several times in ANA grade. The binucleated gynospores exhibit a conjunct migration of the nuclei toward the micropylar pole of the gynophyte, which brings some implications for the concept of basic module of the gynophyte development present in the literature. Nevertheless, the presence of Nuphar/Schisandra type of gynophyte in N. amazonum, N. caerulea and N. lotus together with the implications indicated to interparental conflict theory and the increase of the fitness caused by triploid endosperm in the angiosperms corroborate the plesiomorphy of this type of gynophyte. The endosperm development in Nymphaea is ab initio cellular, and the first division of the primary endospermic cell establishes a micropylar and a chalazal domain in the endosperm. The pattern of the initial divisions of the endosperm varies between species. The inner periclinal and part of the anticlinal walls of the cells of the micropilar portion of the nucellar epidermis exhibit thickenings that were positive for celulose in all species; in N. amazonum these walls also were positive to callose, which indicates that they consist in transfer cells. In the mature seed, the endosperm is restricted to a cell layer that surrounds the embryo; the latter consists of an epicotyl with two asymmetric leaf primordia with decussate phyllotaxis in relation to the cotyledons. The cotyledons are hemispheric and surrounds the epicotyl. Above radicle, the procambial cylinder branches to supply each of the embryo appendages. Both embryonic cells (especially those of the cotyledons) and endosperm cells exhibit amyloplasts and inclusions with glycoproteic nature that, probably, consist of aleurone grains. These findings support the theory of homology between the embryo and the endosperm in Nymphaea.