Origin and evolution of apical growth in higher plants

Full Text

Ключевая особенность развития растений — способность не просто увеличиваться в размерах, но и образовывать новые органы в течение всей жизни. Эта особенность называется открытым ростом и обеспечивается апикальными меристемами — популяциями делящихся клеток, расположенных на верхушках растущих частей растений. Вероятно, открытый рост был унаследован высшими растениями от их водорослевых предков, Charophyta (рис. 1), поскольку на верхушках нитчатых талломов у представителей родов Chara или Zygnema или по всей окружности дисковидных талломов Coleochaete имеются апикальные инициали (АИ), деления которых обеспечивают рост их гаметофитов (Harrison, 2017a; Fouracre, Harrison, 2022; Nemec-Venza et al., 2022). В соответствии с современной точкой зрения (Harris et al., 2022) первыми наземными растениями являются мохообразные (Anthocerotophyta, Marchantiophyta и Bryophyta), у которых, так же как и у Charophyta, в жизненном цикле доминирует гаметофит. На основании монофилии мохообразных (рис. 1; Wickett et al., 2014; Morris et al., 2018; Puttick et al., 2018; de Sousa et al., 2019), была выдвинута гипотеза о том, что открытый рост их гаметофитов возник на основе уже существовавших у водорослевых предков механизмов регуляции делений апикальных инициалей. Однако о том, как возник открытый рост спорофитов: в результате модификации меристем гаметофитов (Albert, 1999) или в результате de novo возникновения у них апикальных меристем (Kato, Akiyama, 2005; Tomescu et al., 2014), нет общепринятой точки зрения. Преимущественно гипотезы о гомологии/аналогии открытого роста спорофитов и гаметофитов высших растений основаны на сравнении регуляции у гаметофитов мохообразных и спорофитов цветковых, поскольку только для этих двух групп возможно применение методов “обратной генетики”ˮ и, соответственно, сравнительный анализ функций регуляторов меристем в этих группах. Однако сравнения функционирования апикальных меристем разных стадий жизненного цикла у двух столь филогенетически отдаленных групп недостаточно для аргументированного решения данного вопроса. Более того, существующие сравнительные обобщения и гипотезы касаются лишь отдельных аспектов гормональной или молекулярно-генетической регуляции (Yip et al., 2016; Harrison, 2017a; Szövényi et al., 2019; Fouracre, Harrison, 2022; Nemec-Venza et al., 2022).

В то же время накоплены обширные анатомические и физиологические данные о строении и функционировании апикальных меристем плауновидных (Lycopodiopsida), папоротниковидных (Polypodiopsida) и голосеменных растений (см. рис. 1; Wardlaw, 1963; Bierhorst, 1971; Gifford, Foster, 1989). Появляются также косвенные сведения об их функционировании, которые основаны на наличии/отсутствии у этих растений гомологов регуляторов апикальных меристем цветковых, реконструкции их филогении (Floyd et al., 2006, 2014; Finet et al., 2016; Vasco, Ambrose, 2020; Romanova et al., 2023), а также визуализации их экспрессии методом in situ РНК–РНК-гибридизации (Harrison et al., 2005; Sano et al., 2005; Floyd, Bowman, 2006; Vasco et al., 2016; Evkaikina et al., 2017; Zumajo-Cardona et al., 2019). Перспективность комплексного анализа анатомических, физиологических и молекулярно-генетических данных была продемонстрирована на примере цветковых, у которых он позволил уточнить организацию апикальной меристемы побега и объяснить, почему именно такая структура необходима для ее функционирования.

Поэтому мы поставили перед собой цель сопоставить имеющиеся анатомические данные о строении апикальных меристем гаметофитов и спорофитов представителей всех таксонов (кроме неимеющих меристем гаметофитов разноспоровых растений; см. рис. 1) с данными об их молекулярно-генетической регуляции в контексте вопроса о возникновении и эволюции открытого роста. Для того чтобы проследить вероятные эволюционные изменения в строении и функции меристем, начнем с анализа наиболее сложно устроенной и детально изученной апикальной меристемы побега цветковых. Будут упомянуты только те регуляторы, которые будут обсуждаться в эволюционном контексте. Подробно регуляция в апикальной меристеме побега цветковых рассмотрена в недавних обзорах (Shi, Vernoux 2019; Manuela, Xu, 2020; Kuznetsova et al., 2023).

АПИКАЛЬНАЯ МЕРИСТЕМА ПОБЕГА ЦВЕТКОВЫХ: СТРУКТУРА И РЕГУЛЯЦИЯ

Апикальная меристема побега цветковых состоит из нескольких десятков клеток, которые различаются размерами, формой, ультраструктурными характеристиками, характером делений и подразделяется на несколько зон, каждая из которых имеет специфичную роль в морфогенезе. Взгляды на то, какие из характеристик клеток имеют первостепенное значение для функционирования меристемы, различаются.

Некоторые авторы придают ключевую роль цитологическим различиям и подразделяют апикальную меристему на центральную зону (ЦЗ), состоящую из более крупных, вакуолизированных и реже делящихся клеток, и периферическую зону (ПЗ), сложенную более мелкими, менее вакуолизированными и чаще делящимися клетками (рис. 2А; Gifford, Foster, 1989; Steeves, Sussex, 1989). Картирование экспрессии ключевых регуляторов подтвердило ее подразделение на эти зоны, а также выявило неоднородность в пределах ЦЗ. Клетки двух—трех наружных слоев ЦЗ маркируются экспрессией гена CLAVATA3, кодирующего малый сигнальный белок, а подлежащие им клетки ЦЗ — экспрессией гена WUSCHEL (WUS), кодирующего гомеодомен-содержащий транскрипционный фактор (ТФ). Оба эти регулятора перемещаются между клетками ЦЗ: CLAVATA3 базипетально по апопласту (Miwa et al., 2009), а WUS — акропетально по симпласту (Yadav et al., 2011; Daum et al., 2014) и регулируют экспрессию друг друга. CLAVATA3 совместно с рецепторами CLAVATA1/CLAVATA2 ограничивает экспрессию WUS небольшой группой подповерхностных клеток, которые называются “организующим центром” (см. рис. 2А). WUS, напротив, поддерживает транскрипцию CLAVATA3 в клетках, которые считаются апикальными инициалями (АИ). Взаимодействие CLAVATA и WUS обеспечивает постоянство объема ЦЗ, которое является необходимым условием функционирования апикальной меристемы (Brand et al., 2000; Schoof et al., 2000; Nimchuk et al., 2011). Выявлено, что более активные деления клеток ПЗ регулируются близким CLAVATA3 сигнальным белком CLE40 и его рецептором BAM (близким гомологом CLAVATA1) (Hirakawa, 2022). Ключевыми регуляторами поддержания клеток как ЦЗ, так и ПЗ в недифференцированном состоянии являются гомеодомен-содержащие ТФ KNOX I класса (С1KNOX) (Jackson et al., 1994; Maksimova et al., 2021).

Другие авторы считают, что важной особенностью апикальной меристемы побега цветковых является присутствие туники — одного или нескольких слоев клеток, которые делятся исключительно антиклинально (Schmidt, 1924, цит. по: Esau, 1969¹) и обеспечивают рост поверхности апекса побега при увеличении его объема в результате разнонаправленных делений подлежащих клеток, называемых корпусом. Поскольку каждый из слоев туники и корпус имеют свои инициали, меристема цветковых часто называется дуплексной (Newman, 1965). Оказалось, что туника — не только структурная, но и регуляторная особенность апикальной меристемы цветковых: на антиклинальных стенках клеток ее наружного слоя локализованы белки-переносчики ауксина PIN1, т. е. через этот слой осуществляется его полярный транспорт (см. рис. 2; Reinhardt et al., 2003). К этому же слою туники приурочена экспрессия одного из генов биосинтеза цитокинина LOG4 (Chickarmane et al., 2012). Таким образом, наружный слой туники играет важную роль в регуляции концентрации этих фитогормонов в апикальной меристеме. В свою очередь, от их концентрации зависит экспрессия ключевых регуляторов апикальной меристемы C1KNOX и WUS: она стимулируется цитокинином и подавляется ауксином (Kuznetsova et al., 2023). ТФ C1KNOX и WUS регулируют уровень этих фитогормонов по механизму петли с положительной обратной связью (Jasinski et al., 2005; Zhang et al, 2017; Snipes et al., 2018; Swentowsky, 2024).

В рамках еще одного подхода выделение зон в апикальной меристеме основано на их функции в морфогенезе побега. Редко делящиеся клетки ЦЗ называют меристемой ожидания, поскольку они “ожидают” сигнала для перехода к активным делениям при наступлении генеративного периода онтогенеза, а окружающие их активно делящиеся клетки — инициальным кольцом, поскольку они способны “переключить” программу меристематичности на программу органогенеза (Buvat, 1952, цит. по: Tooke, Battey, 2003). Установлено, что ключевой регулятор переключения этих программ — повышение концентрации ауксина в группе клеток инициального кольца. В клетках ПЗ, в которых возрастает концентрация ауксина, подавляется экспрессия С1KNOX (см. рис. 2А; Jackson et al., 1994; Long et al., 1996; Reinhardt et al., 2003; Tsuda et al., 2011) и запускается экспрессия антагонистичных ему генов, регулирующих развитие листьев (см. рис. 2): ARP (Waites et al., 1998; Timmermans et al., 1999; Tsiantis et al., 1999; Byrne et al., 2000; Guo et al., 2008), YABBY (Bowman, Smyth, 1999; Sawa et al., 1999; Siegfried et al., 1999) и KANADI (Eshed et al., 2004). Экспрессия этих генов в других клетках апикальной меристемы заблокирована ТФ WUS, но при повышении концентрации ауксина экспрессия последнего прекращается, снимая блокировку (Yadav et al., 2011). ТФ HD-ZIP III класса (С3HDZ) также экспрессируются в клетках с высокой концентрацией ауксина, но сочетают регуляцию органогенеза с регуляцией апикальной меристемы, поэтому маркируют как образующиеся листья, так и поверхностный слой туники (McConnell et al., 2001; Emery et al., 2003; Hay et al., 2004).

Еще одна особенность апикальной меристемы побега цветковых — обособленность каждого из слоев туники от соседнего, а также от корпуса (Imaichi, Hiratsuka, 2007; Evkaikina et al., 2014). Контакты между этими слоями происходят благодаря формированию между ними пост-цитокинетических (или вторичных) плазмодесм (Ding et al., 1992; Cooke et al., 1996; Imaichi, Hiratsuka, 2007). Тот факт, что ключевые регуляторы апикальной меристемы побега — ТФ C1KNOX и WUS – перемещаются между ее слоями, т. е. именно через вторичные плазмодесмы (Kim et al., 2003; Heinlein, Epel, 2004; Evkaikina et al., 2014), позволяет предположить, что такие плазмодесмы являются не только структурной, но и функциональной особенностью апикальной меристемы цветковых.

Хотя зональность апикальной меристемы корня отличается от таковой у побега и представлена “гистогенами” — инициалями разных гистологических зон (Hanstein, 1869, цит по: Эсау, 1969), регуляция обеих меристем имеет ряд сходных черт. Так, выявлено, что покоящийся центр аналогичен организующему центру апикальной меристемы побега, поскольку необходим для функционирования инициалей (Sarkar et al., 2007). Его клетки экспрессируют WOX5 — гомолог “организатора” апикальной меристемы побега WUS, а ограничение домена его экспрессии клетками покоящегося центра регулируется малым сигнальным белком CLE40 опосредованно рецептором CLAVATA1 (Pi et al., 2015; Schlegel et al., 2021). Однако сходный для меристем побега и корня регуляторный модуль WOX/CLE/CLAVATA характеризуется разной зависимостью от концентрации ауксина. Апикальная меристема побега нормально функционирует при низкой концентрация ауксина, а для меристемы корня, в частности для экспрессии WOX5, необходима его высокая концентрация (Ding, Friml, 2010; Richards et al., 2015).

Таким образом, молекулярно-генетические данные подтвердили подразделение апикальной меристемы побега цветковых растений на ЦЗ и ПЗ и установили молекулярно-генетические различия, определяющие разный пролиферативный потенциал их клеток; выявили подразделение структурно однородной ЦЗ на АИ и организующий центр; продемонстрировали, что туника является путем полярного транспорта ауксина и играет важную роль в регуляции меристемы и органогенеза; указали на возможную специфику транспорта регуляторных белков через вторичные плазмодесмы. Охарактеризованы взаимное влияние фитогормонов и ТФ в регуляции переключения между программами недифференцированного состояния клеток и органогенеза. Выявлены сходство в регуляции апикальных меристем побега и корня модулем WOX/CLE/CLAVATA, а также различия в распределении и роли ауксина в этих меристемах (Ding, Friml, 2010; Coudert et al., 2019).

АПИКАЛЬНАЯ МЕРИСТЕМА ПОБЕГА ГОЛОСЕМЕННЫХ

Структура

Апикальная меристема побега голосеменных также многоклеточна. В зависимости от особенностей деления клеток поверхностного слоя ее можно подразделить на два типа: с наличием однослойной туники из антиклинально делящихся клеток (дуплексный) у гнетовых (Gnetidae) и без нее (симплексный тип) у остальных голосеменных (Cycadopsida, Ginkgoopsida, Pinidae, Cupressidae) (см. рис. 1; рис. 2В, C; Newman, 1965; Gifford, Foster, 1989). Как в меристемах с туникой, так и в меристемах без нее несколько клеток в центре поверхностного слоя, которые считаются АИ, отличаются от остальных бóльшим размером, более длинными антиклинальными стенками и наибольшей вакуолизацией (Foster, 1938; Gifford, Foster, 1989). Как симплексную, так и дуплексную меристемы можно подразделить на ЦЗ и ПЗ, различающиеся, как и у цветковых, по размеру клеток и вакуолизации (Foster, 1938, 1939, 1943; Gifford, Foster, 1989). В отличие от ЦЗ последних, которая неоднородна транскрипционно, но однородна структурно, ЦЗ голосеменных структурно гетерогенна (см. рис. 2В, C). В симплексной апикальной меристеме ЦЗ подразделяются на АИ и их внутренние изодиаметрические производные, которые составляют зону центральных материнских клеток (Gifford, Foster, 1989). Эти зоны выделяются и в дуплексной меристеме Gnetidae, хотя у них клетки последней зоны не являются производными АИ (Gifford, Foster, 1989). Местоположение зоны центральных материнских клеток совпадает с таковым организующего центра в апикальной меристеме цветковых. Анти- и периклинальные деления АИ и центральных материнских клеток сопровождаются постепенным уменьшением размеров и вакуолизации их производных, поэтому вокруг и снизу от ЦЗ располагаются более мелкие и активно делящиеся клетки ПЗ и три последовательных мерофита стержневой зоны соответственно (Foster, 1938, 1939). Клетки последней постепенно дифференцируются в сердцевину, а их деления участвуют в удлинении побега (см. рис. 2В, C). Между клетками как симплексных (у видов родов Ginkgo, Cycas и Pinus), так и дуплексных (у Gnetum gnemon и видов Ephedra) апикальных меристем присутствуют и первичные, и вторичные плазмодесмы (Imaichi, Hiratsuka, 2007). Таким образом, вторичные плазмодесмы формируются в обоих типах апикальных меристем голосеменных.

 

Рис. 1. Филогения высших растений и их структурные и регуляторные особенности.

Положение таксонов на филогении основано: на Charophyta — Harrison and Morris (2018); мохообразные — Harris et al. (2022); папоротниковидные — PPG I (2016); голосеменные — Yang et al. (2022). Условные обозначения: “+” — наличие, “–” — отсутствие, “?” — отсутствие данных, gmtph — гаметофит, sprph — спорофит. Для генов, кодирующих ТФ WOX, указана принадлежность к суперкладам или кладам, которые наиболее близки к “организатору” апикальной меристемы цветковых WUS. В каждом таксоне кроме мохообразных есть и представители более отдаленных от WUS суперклад.

Fig. 1. Phylogenetic tree for higher plants and their structural and regulatory innovations.

Placement of taxa is based on: Charophyta — Harrison, Morris (2018); bryophytes — Harris et al. (2022); pteridophytes — PPG I (2016); gymnosperms — Yang et al. (2022). Legend: “+” — presence, “–” — absence, “?” — no data, gmtph — gametophyte, sprph — sporophyte. For genes encoding WOX TFs, the affiliation to superclades or clades that are closest to the “organizer” of the apical meristem of flowering plants WUS is indicated. In each taxon, except for bryophytes, there are also representatives of the superclades more distant from WUS.

 

Регуляция

Поскольку для голосеменных пока не разработаны методы “обратной генетики”, все гипотезы о предполагаемой регуляции их апикальных меристем основаны на наличии или отсутствии у них гомологов ее регуляторов с известной для цветковых функцией и визуализации их экспрессии. По этой причине филогения выявленных гомологов будет рассмотрена подробнее, чем у цветковых.

У многих голосеменных выявлены гомологи генов C1KNOX (см. рис. 1; Bueno et al., 2020; Romanova et al., 2023²). Сходно с цветковыми, экспрессия C1KNOX маркирует как ЦЗ, так и ПЗ в симплексной (см. рис. 2В; Sundås-Larsson et al., 1998; Bharathan et al., 2002; Hjortswang et al., 2002; Larsson et al., 2012; Bueno et al., 2020) и дуплексной (см. рис. 2C; Pham, Sinha, 2003) апикальных меристемах. Эти факты свидетельствуют о том, что роль ТФ C1KNOX в поддержании недифференцированного состояния клеток меристемы вероятно сходна у голосеменных и цветковых. Отличительная особенность голосеменных в том, что гомологи C1KNOX экспрессируются в апикальной меристеме не только побега, но и корня, тогда как у цветковых их экспрессия не характерна для последней из-за высокой концентрации в ней ауксина (Hjortswang et al., 2002; Larsson et al., 2012). Противоречивы сведения об экспрессии C1KNOX во время инициации листьев хвойных: она, как и у цветковых, прекращается в клетках будущих листовых примордиев у Picea abies (Larsson et al., 2012), но продолжается у Pinus pinaster и Picea glauca (Bueno et al., 2020).

Филогения белков WOX (WUSHEL-like homeobox) указывает, что у общего предка голосеменных и цветковых произошла дупликация одного из белков WUS/WOX суперклады (также называемой Т3 суперкладой), которая привела к появлению клады WUS/WOX5, куда относятся регуляторы апикальных меристем побега и корня цветковых (Wu et al., 2019). У саговниковых (Romanova et al., 2023), гинкговых (Nardmann, Werr, 2013) гнетовых (Nardmann et al., 2009; Nardmann, Werr, 2013; Bueno et al., 2021) и ряда хвойных (Alvarez et al., 2018; Bueno et al., 2021) имеется по одному или два гомолога из клады WUS/WOX5. У Gnetum gnemon, Ginkgo biloba и ряда хвойных в кладе WUS/WOX5 есть дополнительные гены (WOXX и WOXY), которые впоследствии были утрачены у цветковых (Nardmann, Werr, 2013; Wan et al., 2018). Все гомологи из клады WUS/WOX5 экспрессируются у голосеменных в апикальных меристемах как побега, так и корня, т. е., несмотря на появление белков WUS и WOX5 у голосеменных, их функциональная специализация на регуляторы меристем побега и корня, вероятно, возникла только у цветковых (Hedman et al., 2013). Гомолог WUS/WOX5 экспрессируется в ПЗ дуплексной апикальной меристемы Gnetum gnemon (см. рис. 2В), а не в зоне центральных материнских клеток, которая позиционно соответствует организующему центру цветковых, экспрессирующему WUS (Nardmann et al., 2009). Таким образом, несмотря на подразделение ЦЗ апикальной меристемы Gnetidae на АИ и зону центральных материнских клеток, последняя, вероятно, не приобрела функцию организующего центра (Hirakawa, 2022), т. е. отличается от таковой у цветковых (Nardmann et al., 2009). В то же время экспрессия гомологов WUS/WOX5 в зоне центральных материнских клеток симплексной апикальной меристемы хвойных (рис. 3А) (Hedman et al., 2013; Nardmann, Werr, 2013; Alvarez et al., 2018) позволяет предположить ее функциональное сходство с организующим центром цветковых (Bueno et al., 2021).

 

Рис. 2. Структура и регуляция в апикальной меристеме семенных растений.

Схемы продольных срезов апикальной меристемы спорофитов Magnoliidae (А); Gnetidae (В), Pinidae (С). Выделение зон основано на следующих публикациях: Эсау (1969), Steeves, Sussex (1989), Gifford, Foster (1989), Tsukaya (2021). Картирование экспрессии генов и распределения ауксина основано на следующих публикациях: цветковые — Nakata et al. (2012), Nardmann, Werr (2013), Shi, Vernoux (2019); голосеменные — Nardmann et al. (2009), Nardmann and Werr (2013), Finet et al. (2016), Wan et al. (2018), Bueno et al. (2021).

AI /AIs — апикальная инициаль или инициали; OC — организующий центр; СМС — зона центральных материнских клеток; CZ — центральная зона; PZ — периферическая зона; P0—P3, последовательные стадии развития листовых примордиев и листьев; RM — стержневая меристема; рith — сердцевина. Предполагаемые взаимодействия между регуляторами апикальной меристемы: стрелки указывают на положительную регуляцию, а отрезки — на отрицательную. Апикальная инициаль или инициали апикальной меристемы и листьев обозначены разными оттенками розового, организующий центр и зона центральных материнских клеток — светло-коричневым, наружный слой туники — прямоугольниками, клетки стержневой меристемы — точками, обозначены места синтеза и базипетального транспорта ауксина — зеленым. Сплошные стрелки означают, что сведения о месте синтеза и транспортных путях ауксина основаны на их визуализации, а пунктирные линии — то, что они основаны на косвенных данных. Остальные обозначения как на рис. 1.

Fig. 2. Structure and regulation in the apical meristem of seed plants.

Schematics of longitudinal sections of the apical meristem of sporophytes of Magnoliidae (A); Gnetidae (B), Pinidae (C). The allocation of zones is based on: Esau (1969), Steeves, Sussex (1989), Gifford, Foster (1989), Tsukaya (2021). Mapping of gene expression and auxin distribution is based on: angiosperms — Nakata et al. (2012), Nardmann, Werr (2013), Shi, Vernoux (2019); gymnosperms — Nardmann et al. (2009), Nardmann, Werr (2013), Finet et al. (2016), Wan et al. (2018), Bueno et al. (2021).

AI / AIs — apical initial or initials; OC — organizing center; СМС — central mother cell zone; CZ — central zone; PZ — peripheral zone; P0—P3 — successive stages of development of leaf primordia and leaves; RM — rib meristem. Putative interactions between apical meristem regulators: arrows indicate positive regulation, bars indicate negative regulation. The apical initial or initials of the apical meristem and leaves are shown in different shades of pink, the organizing center and the central mother cell zone are in light brown, the outer tunica layer is shown as rectangles, the cells of the rib meristem are shown as dots, and the sites of auxin synthesis and basipetal transport are shown in green. Solid arrows indicate that information about the synthesis site and transport pathways of auxin is based on their visualization, and dotted lines indicate that they are based on indirect data. For the other captions and symbols see Fig. 1.

 

Рис. 3. Структура и регуляция в апикальной меристеме несеменных растений.

Схемы продольных срезов апикальной меристемы спорофитов папоротниковидных: Polypodiopsida (А), Equisetopsida (В), схема гаметофита Polypodiopsida и его апикальной меристемы (C), схемы апикальной меристемы спорофитов плауновидных: Selaginellales (D), Lycopodiales (Е). Выделение зон основано на: Stevenson (1976), Paolillo (1963), Романова с соавт. (2010), Evkaikina et al. (2017), Romanova et al. (2022). Картирование экспрессии генов и распределения ауксина основано на следующих публикациях: папоротниковидные — Bharathan et al. (2002), Harrison et al. (2005), Sano et al. (2005), Nardmann, Werr (2012), Ambrose, Vasco (2016), Vasco et al. (2016), Zumajo-Cardona et al. (2019), Vasco, Ambrose (2020); плауновидные — Evkaikina et al. (2017), Spencer et al. (2021), Vasco et al. (2016). LAI / LAIs — апикальная инициаль / инициали листа; SI — поверхностные инициали; SSI — подповерхностные инициали; CuZ — чашевидная зона; RAI — апикальная инициаль корня; sp — спора; rz — ризоид. SI обозначены бледно-розовым цветом, SSI — светло-коричневым; точками обозначены клетки стержневой меристемы и паренхимных валиков по краям АИ гаметофита. Остальные обозначения как на рис. 1, 2.

Fig. 3. Structure and regulation in the apical meristem of non-seed plants.

Schematics of longitudinal sections of the apical meristem of fern sporophytes: Polypodiopsida (A), Equisetopsida (B); schematic of the Polypodiopsida gametophyte and its apical meristem (C); schematics of the apical meristem of lycophyte sporophytes: Selaginellales (D), Lycopodiales (E). The allocation of zones is based on: Stevenson (1976), Paolillo (1963), Romanova et al. (2010), Evkaikina et al. (2017), Romanova et al. (2022). Mapping of gene expression and auxin distribution is based on: ferns — Bharathan et al. (2002), Harrison et al. (2005), Sano et al. (2005), Nardmann, Werr (2012), Ambrose, Vasco (2016), Vasco et al. (2016), Zumajo-Cardona et al. (2019), Vasco, Ambrose (2020); lycophytes — Evkaikina et al. (2017), Spencer et al. (2021), Vasco et al. (2016). LAI / LAIs — leaf apical initial / initials; SI — surface initials; SSI — subsurface initials; CuZ — cup-zone; RAI — root apical initial; sp — spore; rz — rhizoid. SI are marked in pale pink, SSI are in light brown; dots indicate cells of the rib meristem and parenchymatous ridges around the AI in gametophyte. For the other captions and symbols see Figs. 1, 2.

 

У видов рода Picea и у Ginkgo biloba обнаружены гомологи малых сигнальных белков CLAVATA3 и их рецепторов CLAVATA1, которые у цветковых совместно с WUS регулируют размер апикальной меристемы (см. рис. 1; Whitewoods et al., 2018; Hirakawa, 2022; Arnoux-Courseaux, Coudert, 2024); однако данные об их экспрессии и/или функции пока отсутствуют.

Гомологи трех из четырех ключевых регуляторов развития листьев (C3HDZ, KANADI и YABBY) имеются как у Gnetidae с дуплексной апикальной меристемой, так и у Ginkgoopsida, Cycadopsida и Pinidae с симплексной апикальной меристемой (см. рис. 1; Floyd et al., 2006; Prigge, Clark, 2006; Finet et al., 2016; Du et al., 2020; Romanova et al., 2023). Единственный гомолог четвертого “листового регулятора”, ARP (см. рис. 1) обнаружен только у двух видов хвойных (Abies holophylla и Picea smithiana; Du et al., 2020). Экспрессия гомологов C3HDZ у хвойных, в отличие от цветковых, маркирует не только зачатки листьев, но все клетки ПЗ (см. рис. 2В) (Floyd et al., 2006; Du et al., 2020). Однако экспрессия гомологов остальных “листовых регуляторов”: YABBY (см. рис. 2В; Finet et al., 2016), KANADI (см. рис. 2В; Zumajo-Cardona et al., 2021) и ARP (см. рис. 2В; Du et al., 2020) сходна с таковой у цветковых: исключена из апикальной меристемы и маркирует клетки будущих листовых зачатков и развивающихся листьев. Это позволяет предположить, что эти регуляторы выполняют схожие функции у всех семенных растений.

Из-за методологических ограничений роль ауксина в функционировании апикальной меристемы голосеменных можно оценить лишь косвенно. Экспрессия генов, кодирующих его белки-переносчики PIN в наружном слое апикальной меристемы побега и прокамбии (см. рис. 2В) Picea abies сходна с таковой у цветковых (Palovaara et al., 2010), а нарушение полярного транспорта этого фитогормона приводит к сходным нарушениям полярности зародыша у модельных представителей обеих групп (Larsson et al., 2007). Эти факты указывают на сходную роль ауксина в регуляции всех семенных растений. С другой стороны, экспрессия у голосеменных гомологов C1KNOX (Hjortswang et al., 2002; Larsson et al., 2012) и WUS/WOX5 (Alvarez et al., 2018; Bueno et al., 2021) в апикальных меристемах как побега, так и корня может свидетельствовать о сходном гормональном фоне в обеих меристемах, в отличие от такового у цветковых.

Таким образом, в апикальной меристеме побега голосеменных как симплексного, так и дуплексного типов можно выделить ПЗ и ЦЗ; последняя подразделяется на АИ и подлежащие им центральные материнские клетки. Для обоих структурных типов характерно наличие вторичных плазмодесм. Полярный транспорт ауксина приурочен к наружному слою клеток Pinidae, несмотря на отсутствие у них туники. Эти факты указывают, что два структурных типа апикальной меристемы голосеменных близки функционально; вероятнее всего туника у Gnetidae, одного из подклассов голосеменных, возникла независимо от туники цветковых, а ее наличие/отсутствие является у голосеменных таксономическим признаком. Единственным различием двух структурных типов апикальных меристем голосеменных является экспрессия гомологов WUS/WOX5: в ПЗ дуплексной меристемы и зоне центральных материнских клеток симплексной меристемы. Специфическая особенность голосеменных — вероятное регуляторное сходство апикальных меристем их побега и корня.

АПИКАЛЬНЫЙ РОСТ ПАПОРОТНИКОВИДНЫХ

Апикальная меристема спорофитов

Структура

Структурная особенность апикальной меристемы Polypodiopsida (см. рис. 1), называемой моноплексной (Newman, 1965) — наличие одной тетраэдрической АИ в поверхностном слое. Несмотря на существенные морфологические различия Equisetidae, Ophioglossidae (Psilotales и Ophioglossales) и Polypodiidae, их апикальные меристемы устроены сходно. АИ делится косоантиклинально и образует призматические производные, называемые мерофитами (Bierhorst, 1971). В каждом из них происходят неравные периклинальные деления с образованием призматических внешних производных (совокупность которых называется зоной поверхностных инициалей, ПИ) и изодиаметрических внутренних (называющихся подповерхностными инициалями, ППИ) (см. рис. 3А, В) (Stevenson, 1976; Romanova, Borisovskaya, 2004³; Romanova et al., 2022⁴, 2023). АИ и ближайшие к ней ПИ и ППИ у Psilotales и Polypodiidae отличаются от клеток ЦЗ семенных растений более высокой вакуолизацией, которая заметно снижается по мере смещения этих клеток к периферии апекса (Naumenko, Romanova, 2008⁵; Romanova et al., 2022, 2023). Особенностью Polypodiidae является “укорочение” ПИ с каждым периклинальным делением (Romanova et al., 2010⁶, 2022). В результате вокруг ПИ и под ППИ располагаются относительно мелкие слабо вакуолизированные клетки, сходные с периферической зоной и стержневой зоной (соответственно) семенных растений, называемые чашевидой зоной за ее форму (см. рис. 3А; Stevenson, 1976). У Equisetidae ПИ не претерпевают “укорачивающих” периклинальных делений, поскольку каждые три последовательных мерофита образуют мутовку листьев вблизи АИ (Golub, Wetmore, 1948a, b; Tomescu et al., 2017; Romanova et al., 2023), а у Psilotales отсутствие таких делений связано с вакуолизацией производных АИ и потерей ими меристематических свойств (Naumenko, Romanova, 2008). Поскольку каждый образующийся мерофит смещает предыдущие к периферии апекса, клетки в составе каждой из зон постоянно сменяют друг друга.

В стенках АИ и ее ближайших производных у всех папоротниковидных присутствуют многочисленные неразветвленные плазмодесмы (Imaichi, Hiratsuka, 2007; Naumenko, Romanova, 2008; Evkaikina et al., 2014; Romanova et al., 2022, 2023). По мере смещения клеток к периферии плотность плазмодесм снижается, что вероятно отражает растяжение стенок бывших мерофитов и указывает на то, что постцитокинетически плазмодесмы не формируются (Imaichi, Hiratsuka, 2007; Naumenko, Romanova, 2008; Evkaikina et al., 2014; Romanova et al., 2022, 2023).

Таким образом, апикальная меристема Polypodiopsida многоклеточна и имеет зональное строение. АИ и ее ближайшие производные напоминают ЦЗ в меристеме семенных растений. Как и у голосеменных, ЦЗ папоротниковидных неоднородна: подразделена на ПИ и ППИ. Несмотря на сходство клеток чашевидной зоны Polypodiidae с таковыми ПЗ семенных растений, в ней образуются листья (Romanova, Borisovskaya, 2004; Romanova et al., 2010). Исключительную роль в их образовании у всех папоротниковидных играют ПИ, в результате косоантиклинальных делений которых в поверхностном слое возникают линзовидные АИ листьев (см. рис. 3А, В; Bierhorst, 1971; Hou, Hill, 2002; Romanova, Jernstedt, 2005; Vasco et al., 2013). Для ряда Polypodiidae (Romanova, Borisovskaya, 2004; Harrison et al., 2005; Romanova et al., 2010; Gola, 2014) и Psilotum nudum (Naumenko, Romanova, 2008) характерно дихотомическое ветвление, при котором из ПИ возникают новые тетраэдрические АИ. В апикальной меристеме Polypodiidae, кроме листьев и ветвей, образуются корни. Апикальные инициали корней возникают из клеток чашевидной зоны, которая, таким образом, тоже органогенна (Hou, Hill, 2002; Romanova, Borisovskaya, 2004).

Регуляция

Гипотезы о регуляции апикальной меристемы папоротниковидных, как и для голосеменных, основаны на биоинформатических данных и результатах визуализации экспрессии гомологов меристемспецифичных и “листовых” генов, а также пионерного применения методов “обратной генетики” для Ceratopteris richardii (Youngstrom et al., 2019).

Гомологи генов C1KNOX — маркеров недифференцированных клеток, выявлены у всех Polypodiopsida (см. рис. 1; Bharathan et al., 2002; Harrison et al., 2005; Sano et al., 2005; Ambrose, Vasco, 2016; Vasco, Ambrose, 2020; Romanova et al., 2023); их экспрессия изучена только у Polypodiidae. У C. richardii и Elaphoglossum lloense гомологи C1KNOX экспрессируются только в чашевидной зоне (Sano et al., 2005; Ambrose, Vasco, 2016), а у E. peltatum (Vasco, Ambrose, 2020), Osmunda regalis и Anogramma chaeophylla — во всех клетках апикальной меристемы (Bharathan et al., 2002; Harrison et al., 2005). Эти данные (см. рис. 3А) подтверждают многоклеточность моноплексной меристемы папоротниковидных, а также указывают на вероятное сходство функции ТФ C1KNOX с таковой у цветковых.

У всех Polypodiopsida есть гомологи ТФ WOX из клады Т2 + Т3WOX, сестринской по отношению к суперкладам Т3 (или WUS/WOX) и Т2 (которая есть только у семенных растений) (Nardmann, Werr, 2013; Wu et al., 2019; Romanova et al., 2023). У Polypodiidae и Equisetidae дополнительно есть гомологи из суперклады WUS/WOX (включающей кладу WUS/WOX5 регуляторов апикальных меристем семенных растений) (см. рис. 1; Nardmann, Werr, 2013; Wu et al., 2019; Romanova et al., 2023). Однако, несмотря на филогенетическую близость к регуляторам апикальных меристем, гомолог WUS/WOX у C. richardii экспрессируется не в апикальной меристеме побега, а в апикальных инициалях корней, где он ко-экспрессируется с C1KNOX (см. рис. 3А; Nardmann, Werr, 2012; Youngstrom et al., 2019). В то же время гомолог WOX из сестринской по отношению к WUS/WOX клады экспрессируется в апикальной меристеме C. richardii (Wu et al., 2019), а снижение уровня его экспрессии приводит к образованию спорофитов с меньшим количеством листьев, т. е. подавляет органогенез в апикальной меристеме (Youngstrom et al, 2019; Arnoux-Courseaux, Coudert, 2024). На основании этих данных можно предположить, что гены WUS/WOX (или Т3) суперклады у Polypodiidae приобрели функцию регуляции (совместно с C1KNOX) некоторых типов меристематических клеток, но не апикальной меристемы побега (Nardmann, Werr, 2012), тогда как контроль последней осуществлялся ТФ из сестринской клады.

Гомологи малых сигнальных белков CLE, которые совместно с ТФ WUS поддерживают постоянный объем апикальной меристемы побега цветковых и их рецепторов CLAVATA, обнаружены у Diplazium wichurae (Whitewoods et al., 2018) и Salvinia cucullata (Hirakawa, 2022) (см. рис. 1), но в отсутствие сведений об их экспрессии судить об их функции невозможно.

У папоротниковидных имеются, по мнению разных авторов, два или три из четырех известных для цветковых регуляторов развития листьев (см. рис. 1). Гомологи “фактора адаксиальности” C3HDZ и “фактора абаксиальности” KANADI присутствуют у всех Polypodiopsida (Aso et al., 1999; Floyd et al., 2006; Frank et al., 2015; Plackett et al., 2015; Vasco et al., 2016; Zumajo-Cardona et al., 2019; Zumajo-Cardona, Ambrose, 2020; Romanova et al., 2023). Данные о наличии “фактора адаксиальности” ARP противоречивы. Белок ARP был обнаружен у папоротника Osmunda regalis с использованием антител, полученных против этого белка кукурузы (Harrison et al., 2005), однако его гомологи отсутствуют в геномах Azolla filiculoides, Salvinia cucullata, Ceratopteris richardii и Equisetum diffusum (Hernández-Hernández et al., 2021; Romanova et al., 2023). Гомологи другого “фактора абаксиальности” — YABBY отсутствуют у всех Polypodiopsida (см. рис. 1; Floyd, Bowman, 2007; Romanova et al., 2021, 2023). Гомологи C3HDZ транскрибируются и в апикальной меристеме, и в зачатках листьев ряда Polypodiidae (см. рис. 3А; Vasco et al., 2016) и Equisetidae (см. рис. 3В; Frank et al., 2015), что сходно с их экспрессией у семенных растений. Исключениями являются O. regalis с экспрессией C3HDZ только в листьях и P. nudum с экспрессией только в спорангиях (Vasco et al., 2016). Однако локализация белка ARP не только в зачатках листьев, но и в апикальной меристеме O. regalis (Harrison et al., 2005) отлична от таковой цветковых, у которых данные ТФ антагонистичны C1KNOX, и поэтому никогда не ко-экспрессируются с последним в апикальной меристеме. Экспрессия гомологов KANADI у Equisetidae (Zumajo-Cardona et al., 2019) также маркирует и листья, и апикальную меристему, т. е. отличается от цветковых, у которых они экспрессируются только в листовых зачатках. Обобщение фрагментарных данных об экспрессии “листовых регуляторов” указывает, что их функция у Polypodiopsida по крайней мере частично отличается от таковой у цветковых — ни один из “листовых регуляторов” папоротниковидных не антагонистичен меристемспецифичным генам. Возможно, как и у голосеменных растений, специфика экспрессии связана с различиями в гормональном фоне.

Действительно, анатомические и экспериментальные данные указывают на вероятную специфику распределения ауксина в верхушке побега и его влияния на дифференцировку клеток у Polypodiidae по сравнению с цветковыми. У последних прокамбий дифференцируется в листьях в результате “канализации” базипетального ауксинового потока (Mazur et al., 2020), а при удалении листовых зачатков стеблевая часть состоит только из паренхимы. На примере Matteuccia struthiopteris показано, что при удалении зачатков листьев из апикальной меристемы дифференцируется цилиндр прокамбия, окружающий сердцевину (Wardlaw, 1956; Steeves, Sussex, 1989; Ma, Steeves, 1992; Vasco et al., 2013). Изучение гистогенеза многих видов Polypodiidae подтвердило, что сердцевина и прокамбий формируются из апикальной меристемы автономно, тогда как заложение листа вызывает паренхиматизацию клеток в основании листа — образование листовой лакуны (см. рис. 3А; Wardlaw, 1956, 1963; Steeves, Sussex, 1989). На основании этих данных можно предположить, что ауксин у них синтезируется как в листьях, так и в апикальной меристеме; затем транспортируется базипетально, вызывая дифференцировку прокамбия в листьях и стеблевой части соответственно. Предполагается, что в зоне объединения этих транспортных путей концентрация ауксина превышает необходимую для дифференцировки прокамбия и вызывает паренхиматизацию листовой лакуны (Ma, Steeves, 1992). Папоротниковидные отличаются от цветковых также различным влиянием ауксина на апикальную меристему корня. У последних его высокая концентрация является необходимым условием ее возникновения в эмбриогенезе и последующего функционирования (Friml et al., 2003), в то время как повышение концентрации этого фитогормона у Azolla filiculoides, напротив, подавляет образование и рост корней (de Vries et al., 2016). Стоит упомянуть, что образование и рост корней папоротников усиливаются при повышении концентрации цитокинина, тогда как у цветковых этот фитогормон подавляет экспрессию регуляторов апикальной меристемы корня (Kurepa, Smalle, 2022). Возможно, это отличие в гормональной регуляции связано с тем, что корни папоротников формируются из апикальной меристемы побега (Hou, Hill, 2002; Romanova, Jernstedt, 2005), а их возникновение регулируется ТФ WUS/WOX, которые у цветковых функционируют при высокой концентрации цитокинина.

Апикальный рост гаметофитов

Структура

Линзовидная АИ присутствует только на ранних этапах развития гаметофитов Equisetidae; последующее развитие лопастей характеризуется диффузным, а не апикальным ростом; радиальносимметричный гаметофит Psilotum nudum характеризуется апикальным ростом в результате делений группы сходных изодиаметрических клеток и отсутствием морфологически обособленных АИ (Bower, 1935). Данные о молекулярно-генетической регуляции развития гаметофитов у представителей обеих групп отсутствуют.

Развитие гаметофитов большинства Polypodiidae начинается с нитевидной стадии, сходной с протонемой мхов, с полусферической терминальной АИ (Bower, 1935). Изменение направления делений с поперечного на косоантиклинальное приводит к изменению формы АИ на клиновидную, а формы гаметофита на пластинчатую (Tilney et al., 1990; Wada, 2008; Imaichi, 2013; Bartz, Gola, 2018). У некоторых видов (например, Ceratopteris richardii) эта АИ, называемая “первичной”, вскоре перестает делиться, а из одной из краевых клеток возникает “вторичная” АИ (Banks, 1999; см. рис. 3С). АИ гаметофита Polypodiidae отличается от АИ спорофита своей формой и способом делений: клиновидная, делящаяся параллельно двум граням у первого и тетраэдрическая, делящаяся параллельно трем граням у второго (Imaichi, 2013; Bartz, Gola, 2018; Wu et al., 2023). Активные деления производных АИ формируют вокруг нее паренхимные валики; в результате она оказывается на дне выемки, апикальной у видов с “первичной” и боковой у видов с “вторичной” АИ (см. рис. 3С; Banks, 1999; Bartz, Gola, 2018).

На примере Onoclea sensibilis выявлено, что между АИ и ее производными у гаметофитов, как и у спорофитов, формируются только первичные плазмодесмы, а их плотность уменьшается по мере удаления от нее клеток (Tilney et al., 1990). Вероятно, отсутствие механизма формирования вторичных плазмодесм у обеих стадий жизненного цикла обусловило поддержание моноплексного структурного типа апикальных меристем и спорофитов, и гаметофитов.

Регуляция

В гаметофите Ceratopteris richardii удалось оценить градиентное распределение ауксина, визуализировав экспрессию одного из генов, кодирующих синтез данного фитогормона (CrTAA2). Было выявлено, что наиболее высоким уровнем ауксина характеризуются клетки, расположенные в базальной части гаметофита, а также — в области боковой выемки с “вторичной” АИ (см. рис. 3С); было экспериментально продемонстрировано, что формирование последней ауксинзависимо (Withers et al., 2023). Продемонстрировано, что ауксин транспортируется из АИ в окружающие клетки, обеспечивая в них более высокую концентрацию (Withers et al., 2023). Экспрессия гомолога WOX из клады сестринской WUS/WOX (Т2 + T3WOX) маркирует не только апикальную меристему спорофита (Youngstrom et al., 2019), но и клетки гаметофита, среди которых возникнет “вторичная” АИ (Withers et al., 2023). В образовавшейся АИ снижается уровень экспрессии генов биосинтеза ауксина и WOX, но остается высоким в окружающих ее клетках, активная пролиферация которых приводит к формированию валиков и выемки (Yip et al., 2016). При экспериментальном подавлении экспрессии WOX размеры гаметофитов уменьшаются, указывая на его роль в регуляции апикальных меристем как спорофитов, так и гаметофитов. К генам, экспрессия которых у C. richardii приурочена не только к спорофиту, но и к гаметофиту, также относятся “листовой регулятор” C3HDZ (Floyd et al., 2006) и гомолог WOX из WUS/WOX суперклады (Youngstrom et al., 2019), однако локализация их экспрессии в гаметофите пока неизвестна.

Сравнение меристем спорофитов и гаметофитов папоротниковидных показывает, что тип апикальной меристемы у гаплоидного и диплоидного поколений может различаться (например, у Equisetidae и Psilotales); способ делений АИ определяет морфологию: трехмерная у спорофитов с тетраэдрической и пластинчатая однослойная у гаметофитов с клиновидной АИ. Моноплексный тип апикальных меристем и наличие только первичных плазмодесм у гаметофитов и спорофитов Polypodiidae свидетельствуют в пользу корреляции между этими признаками, однако наличие двух различных типов апикальных меристем у спорофитов и гаметофитов Equisetidae и Psilotales ставит корреляцию под сомнение. По крайней мере у Polypodiidae ауксин регулирует возникновение и поддержание апикальной меристемы и гаметофита, и спорофита.

АПИКАЛЬНЫЙ РОСТ ПЛАУНОВИДНЫХ

Апикальная меристема спорофитов

Структура

Апикальные меристемы cпорофитов Lycopodiopsida различаются по числу, форме и способу делений АИ. У видов рода Selaginella (Selaginellales, см. рис. 1; рис. 3D), как у Polypodiopsida, она относится к моноплексному типу с тетраэдрической АИ в поверхностном слое (Dengler, 1983; Harrison et al., 2007; Harrison, Langdale, 2010; Romanova et al., 2010, 2022). У остальных плауновидных (Lycopodiales и Isoetales; см. рис. 1; рис. 3E) в поверхностном слое апикальной меристемы имеется несколько призматических АИ, и она относится к симплексному типу, как у большинства голосеменных (Paolillo, 1963; Jones, Drinnan, 2009; Gola, Jernstedt, 2011). По ультраструктурным характеристикам АИ в моноплексной и симплексной меристемах плауновидных сходны между собой, но отличаются от АИ в моноплексной меристеме папоротниковидных меньшей вакуолизацией (Romanova et al., 2022).

Косоантиклинальный тип делений АИ и неравные периклинальные деления в мерофитах моноплексной меристемы Selaginellales сходны с таковыми у папоротниковидных (Romanova et al., 2010, 2022), а анти- и периклинальные деления АИ в симплексной меристеме Lycopodiales и Isoetales — с таковыми в симплексной меристеме голосеменных (Stevenson, 1976; Sterling, 1984; Gola, Jernstedt, 2011). Общая черта апикальных меристем всех плауновидных и папоротниковидных — наличие призматических клеток с удлиненными антиклинальными стенками в поверхностном слое — ПИ (Dengler, 1983; Gola, Jernstedt, 2011; Romanova et al., 2022). В обоих структурных типах меристем Lycopodiopsida выделяется также зона ППИ, состоящая из подповерхностных изодиаметрических клеток, характеризующихся разнонаправленными делениями (см. рис. 3D, E). Производные ППИ плауновидных отличаются от таковых у папоротниковидных функционально: они активно делятся периклинально, напоминая стержневую зону семенных растений, затем удлиняются и дифференцируются в центральный тяж прокамбия (см. рис. 3D, E; Stevenson, 1976; Romanova et al., 2022). Чашевидная зона, характерная для Polypodiidae, у плауновидных отсутствует (Romanova et al., 2022). Симпластическая структура коррелирует со структурным типом апикальной меристемы: только первичные плазмодесмы в моноплексной, первичные и вторичные плазмодесмы – в симплексной (Imaichi, Hiratsuka, 2007; Romanova et al., 2022). На этих фактах основана гипотеза о том, что у плауновидных с симплексной меристемой независимо от голосеменных и покрытосеменных возник механизм постцитокинетического формирования плазмодесм (Imaichi, Hiratsuka, 2007).

ПИ играют исключительную роль в органогенезе плауновидных, как и у папоротниковидных, но способ образования листьев в моноплексной и симплексной меристемах различается (Romanova et al., 2010). В моноплексной меристеме Selaginellales косоантиклинальные деления ПИ формируют линзовидные АИ листьев, а в симплексной меристеме у Lycopodiales и Isoetales листья образуются путем скоординированных анти- и периклинальных делений нескольких ПИ; число АИ образующегося листа коррелирует с числом АИ в меристеме (рис. 3D, E; Romanova et al., 2010, 2022). В меристемах обоих типов АИ регулярно сменяются во время дихотомии. Как у Polypodiidae, новые АИ возникают из ПИ, число которых увеличивается перед ветвлением (Harrison et al., 2007; Harrison, Langdale, 2010; Romanova et al., 2010; Gola, Jernstedt, 2011; Gola, 2014).

Регуляция

Гомологи маркеров недифференцированных клеток C1KNOX обнаружены у нескольких видов Selaginella (Harrison et al., 2005), Huperzia selago (Evkaikina et al., 2017) и Isoetes lacustris (Maksimova et al., 2021) (см. рис. 1). Они экспрессируются в апикальных меристемах Selaginellales с более слабым уровнем экспрессии в АИ и ее ближайших производных и более сильным — в периферических ПИ и в клетках, сходных со стержневой зоной (см. рис. 3D; Harrison et al., 2005; Kawai et al., 2010; Frank et al., 2015). Это указывает на сходную роль C1KNOX у спорофитов плауновидных, папоротниковидных и семенных, а также подтверждает многоклеточность моноплексной апикальной меристемы спорофитов несеменных растений.

Гомологи WOX из клады, сестринской суперкладе WUS/WOX (или T3WOX) семенных растений, найдены у Selaginella moellendorffii и Isoetes tegetiformans (Wu et al., 2019; Youngstrom et al., 2022), тогда как у Diphasiastrum complanatum присутствуют только более древние гомологи, сестринские суперкладам Т2 + Т3WOX (Romanova et al., 2023; см. рис. 1). Сопоставление этих данных с филогенией высших растений (см. рис. 1) указывает, что белки, сестринские суперкладе WUS/WOX, возникли у общего предка плауновидных, но впоследствии были утрачены у Lycopodiales (Romanova et al., 2023). На основании этого можно предположить, что моноплексная апикальная меристема Selaginellales и симплексная Isoetales потенциально могут регулироваться гомологами WOX более близкими к таковым у семенных растений, чем у Lycopodiales. В то же время для Selaginellales выявлено, что экспрессия гомологов WOX из обеих клад (сестринской WUS/WOX и сестринской Т2 + Т3WOX) сходна. Она маркирует АИ листовых зачатков и молодые листья, указывая на сходство их функции (см. рис. 3D; Frank et al., 2015; Youngstrom et al., 2022). Эти данные, а также экспрессия гомологов WUS/WOX в АИ корней Polypodiidae подтверждают, что изначальной функцией ТФ WOX у спорофитов высших растений, вероятно, была регуляция органогенеза (Frank et al., 2015; Youngstrom et al., 2022; Romanova et al., 2023).

Гомологи сигнальных белков CLE и их рецепторов CLAVATA найдены у Selaginella moellendorfii (Whitewoods et al., 2018; см. рис. 1), однако сведения об их экспрессии отсутствуют.

Плауновидные с моноплексными и симплексными меристемами, при общем сходстве, частично различаются по набору регуляторов органогенеза (см. рис. 1). Все Lycopodiopsida обладают гомологами одного из “факторов адаксиальности” листьев цветковых — C3HDZ (Floyd et al., 2014; Vasco et al., 2016; Romanova et al., 2023) и одного из “факторов абаксиальности” — KANADI (Zumajo-Cardona, Ambrose, 2020; Romanova et al., 2023). Selaginellales дополнительно имеют гомолог “фактора адаксиальности” ARP (Harrison et al., 2005; Hernandez-Hernandez et al., 2021), а Lycopodiales (H. selago) — “фактора абаксиальности” YABBY (Evkaikina et al., 2017). Показано, что у S. moellendorffii и S. kraussiana гомологи C3HDZ маркируют не только листовые примордии, но и апикальную меристему, как у семенных растений и папоротниковидных (см. рис. 3D; Floyd, Bowman, 2006; Prigge, Clark, 2006; Vasco et al., 2016). Таким же паттерном экспрессии характеризуются гомологи ARP у S. kraussiana (см. рис. 3D; Harrison et al., 2005), гомологи KANADI у S. moellendorffii (см. рис. 3D; Zumajo-Cardona et al., 2019) и гомологи YABBY у H. selago (см. рис. 3E; Evkaikina et al., 2017). Экспрессия всех “листовых регуляторов” как в зачатках листьев, так и в апикальной меристеме и их ко-экспрессия в последней с С1KNOX сходна с таковой у папоротниковидных и позволяет предположить, что в обеих группах программы регуляции недифференцированного состояния клеток и органогенеза не были антагонистичными в отличие от цветковых.

Оценить распределение ауксина в верхушке побега плауновидных можно только по косвенным признакам, которые указывают на ряд особенностей по сравнению с цветковыми (см. рис. 3D, E). Если у цветковых высокая концентрация ауксина необходима для образования листьев, но подавляет экспрессию всех регуляторов апикальной меристемы, ингибирование базипетального транспорта ауксина у S. kraussiana, приводящее к его накоплению в апексе побега, не влияет на органогенез, но приводит к остановке роста побега (Sanders, Langdale, 2013). Гомологи ARP, C3HDZ и KANADI, которые у цветковых экспрессируются только при высокой концентрации ауксина, маркируют у S. moellendorffii и S. kraussiana не только листья, но и апикальную меристему (Harrison et al., 2005; Floyd, Bowman, 2006; Prigge, Clark, 2006; Zumajo-Cardona et al., 2019). Эти факты указывают на то, что апикальная меристема плауновидных характеризуется высоким уровнем данного фитогормона и, вероятно, регулируется им.

АПИКАЛЬНЫЙ РОСТ ГАМЕТОФИТОВ

Гаметофиты равноспоровых плаунов в начале своего онтогенеза характеризуются непродолжительным верхушечным ростом, но не имеют специализированных апикальных меристем, поскольку на верхушке гаметофита образуются гаметангии. Развитие гаметофита происходит преимущественно благодаря деятельности интеркалярной меристемы (Bower, 1935; Bruce, 1979).

АПИКАЛЬНЫЙ РОСТ МОХООБРАЗНЫХ

Меристемы гаметофитов

Структура

Гаметофиты доминируют в жизненном цикле мохообразных; они развиваются из апикальных меристем, но имеют таксоноспецифичные особенности.

Дорсовентральные гаметофиты антоцеротовых (Anthocerotophyta) и печеночников (Marchantiophyta) напоминают гаметофиты Polypodiidae (рис. 4А, В), но отличаются от последних толщиной в несколько клеток (Bower, 1935; Bierhorst, 1971). Разная толщина гаметофитов определяется различием в способе деления АИ, которые в обеих группах имеют клиновидную форму: у антоцеротовых и печеночников они делятся параллельно четырем граням (Kohchi et al., 2021; Frangedakis et al., 2023), а у Polypodiidae — двум (Imaichi, 2013; Bartz, Gola, 2018). Обычно в апикальной меристеме Anthocerotophyta и Marchantiophyta функционирует две—четыре расположенные рядом АИ (Kohchi et al., 2021); их деления параллельно каждой из граней образуют мерофиты призматической формы. Производные “дорсальных мерофитов” формируют верхнюю часть гаметофита, а производные “вентральных мерофитов” — его нижнюю часть. Производные “латеральных мерофитов” активно делятся, образуя выступы фотосинтетической ткани по бокам от АИ, которые интерпретируют как прототип боковых органов (Kohchi et al., 2021; Frangedakis et al., 2023). В результате АИ и их непосредственные производные располагаются в выемке, как у гаметофитов Polypodiidae (Wu et al., 2023). Подразделение апикальной меристемы гаметофитов Anthoceros agrestis и Marchantia polymorpha на более крупные АИ и окружающие их более мелкие производные напоминает зональность апикальных меристем спорофитов плауновидных, папоротниковидных и семенных. Однако в отличие от спорофитов, зональность гаметофитов формируется только в одной, медиолатеральной плоскости. Гаметофиты антоцеротовых (Frangedakis et al., 2023) и печеночников (Kohchi et al., 2021), в отличие от гаметофитов Polypodiidae, ветвятся дихотомически. Перед дихотомией увеличивается число АИ, после чего две новые АИ формируют новые “апикальные выемки” (см. рис. 4А, В; Bower, 1935). Гаметангии (у антоцеротовых; Frangedakis et al., 2023) и гаметангиофоры (у печеночников; Kohchi et al., 2021) образуются вблизи АИ и располагаются вблизи мест разветвления гаметофита (см. рис. 4А, В), указывая, что их образование предшествует ветвлению. Особенность антоцеротовых состоит в том, что их АИ возникают из краевых клеток по всей поверхности гаметофита; каждая из них формирует свою выемку и способна к повторной дихотомии. В результате их гаметофиты характеризуются разнонаправленным ростом (см. рис. 4А). У печеночников новые АИ возникают только на одном полюсе гаметофита, поэтому его рост однонаправлен (см. рис. 4В).

 

Рис. 4. Структура и регуляция меристем мохообразных.

Схемы гаметофитов и продольных срезов апикальных меристем Anthocerotophyta (А), Marchantiophyta (B); Bryophyta: протонема (С); гаметофор (D) и схемы спорофитов Anthocerotophyta (Е), Marchantiophyta (F); Bryophyta (G). Картирование экспрессии генов и распределения ауксина основано на следующих публикациях: Sakakibara et al. (2014); Yip et al. (2016); Youngstrom et al. (2019); Dierschke et al. (2021), Kohchi et al. (2021), Fouracre, Harrison (2022); Nemec-Venza et al. (2022); Frangedakis et al. (2023). ptn — протонема, cln — каулонема, st — ножка, ft — стопа, im — интеркалярная меристема. Остальные обозначения как на рис. 1–3.

Fig. 4. Structure and regulation of bryophyte meristems.

Schematics of gametophytes and longitudinal sections of the apical meristems in Anthocerotophyta (A), Marchantiophyta (B); Bryophyta: protonema (C); gametophores (D) and schematics of sporophytes of Anthocerotophyta (E), Marchantiophyta (F), Bryophyta (G). Mapping of gene expression and auxin distribution is based on: Sakakibara et al. (2014), Yip et al. (2016), Youngstrom et al. (2019), Dierschke et al. (2021), Kochi et al. (2021), Fouracre, Harrison (2022), Nemec-Venza et al. (2022), Frangedakis et al. (2023). ptn — protonema, cln — caulonema, st — seta, ft — foot, im — intercalary meristem. For the other captions and symbols see Figs. 1–3.

 

Гаметофиты мхов (Bryophyta) проходят несколько онтогенетических стадий, закономерно сменяя способ делений АИ и, как следствие, морфологию. Онтогенез Physcomitrium patens начинается со стадии нитевидной ветвящейся протонемы, дифференцированной на хлоронему с поперечно делящейся АИ (рис. 4С; Kofuji, Hasebe, 2014; Harrison et al., 2009), и каулонему с АИ, делящейся косоантиклинально (Harrison et al., 2009; Fouracre, Harrison 2022; Nemec-Venza et al., 2022). На каулонеме образуются тетраэдрические АИ, формирующие радиальносимметричные гаметофоры, которые морфологически схожи с побегами спорофитов высших растений (Kofuji, Hasebe, 2014; Nemec-Venza et al., 2022). АИ гаметофора делится параллельно трем граням и образует призматические мерофиты, как в моноплексных меристемах спорофитов плауновидных и папоротниковидных. Однако, в отличие от многоклеточных меристем последних, а также от меристем гаметофитов антоцеротовых и печеночников, апикальная меристема гаметофора мхов состоит из единственной АИ, поскольку в каждом из мерофитов сразу же образуется линзовидная АИ листа (см. рис. 4D; Kofuji, Hasebe 2014; Yip et al., 2016; Hata, Kyozuka 2021). Рост гаметофоров происходит не в результате делений АИ, а благодаря пролиферации клеток интеркалярной меристемы, и для них не свойственна дихотомия (Kofuji, Hasebe 2014; Hata, Kyozuka, 2021).

Хотя мохообразные обладают меристемой с тераэдрическими или клиновидными АИ, которую у спорофитов растений связывают с отсутствием механизма формирования постцитокинетических плазмодесм, последние были обнаружены в апексах гаметофитов ряда представителей Marchantiophyta и Anthocerotophyta, а также в базальной меристеме спорофита Anthoceros agrestis (Wegner, Ehlers, 2024). Наличие вторичных плазмодесм в меристеме гаметофитов антоцеротовых, печеночников, а также Chara corallina (Cook et al., 1997; Franceschi et al., 1994), при отсутствии у спорофитов Selaginellales, указывает, что они могли возникнуть у гаметофитов раньше, чем у спорофитов (Donoghue et al., 2021). Некоторые авторы (Fouracre, Harrison, 2022; Frangedakis et al., 2023) считают, что эти факты аргументируют точку зрения о независимом возникновении апикального роста у гаметофитов и спорофитов высших растений.

Таким образом, многие аспекты функционирования апикальной меристемы: дихотомия со сменой АИ у Anthocerotophyta и Marchantiophyta, образование листьев путем возникновения АИ у Bryophyta напоминает функционирование моноплексной апикальной меристемы спорофитов Selaginellales и Polypodiopsida. Однако имеющиеся данные свидетельствуют о том, что регуляция апикальной меристемы гаметофитов мохообразных существенно отличается от таковой у спорофитов.

Регуляция

Важная регуляторная особенность мохообразных состоит в том, что гомологи C1KNOX — генов, кодирующих регуляторы недифференцированного состояния меристематических клеток спорофитов, вероятно, не участвуют в регуляции меристем гаметофитов. Так, гомологов C1KNOX нет в геноме Anthoceros agrestis (см. рис. 1; Li et al., 2020), потеря их функции не влияет на развитие гаметофита у Physcomitrium patens (Sakakibara et al., 2008), они не экспрессируются в гаметофите Marchantia polymorpha (Bowman et al., 2017; Dierschke et al., 2021).

Гомологи другого ключевого регулятора апикальных меристем — ТФ WOX, выявленные у Anthocerotophyta, Marchantiophyta и Bryophyta (см. рис. 1) относятся к суперкладе T1WOX, наименее родственной WUS/WOX (Nardmann, Werr, 2012; Wu et al., 2019; Romanova et al., 2023). Гены, кодирующие ТФ Т1WOX, экспрессируются в гаметофитах всех мохообразных и детально изучены у печеночников и мхов (Arnoux-Courseaux, Coudert, 2024). Гаметофиты M. polymorpha с потерей функции T1WOX характеризуются уменьшенными размерами, предположительно, вследствие нарушений функционирования АИ (Hirakawa et al., 2020; Hirakawa, 2022) и пролиферацией клеток за пределами апикальной меристемы (Arnoux-Courseaux, Coudert, 2024). Хотя у P. patens наиболее сильная экспрессия T1WOX приурочена к АИ (см. рис. 4D; Sakakibara et al., 2014), потеря его функции не вызывает нарушений в развитии гаметофоров, что ставит под сомнение роль данных ТФ в регуляции их развития (Nardmann, Werr, 2012; Sakakibara et al., 2014; Youngstrom et al., 2019; Fouracre, Harrison, 2022).

Наличие у всех мохообразных гомологов сигнальных белков CLE, их рецепторов и корецепторов (CLAVATA1 и др.) при их отсутствии у Charophyta (см. рис. 1; Whitewoods et al., 2018; Hirakawa, 2022) свидетельствует о том, что регуляторный модуль, состоящий по крайней мере из одного белка CLE и одного рецептора CLAVATA, возник у общего предка высших растений. Функциональный анализ данного модуля показал его специфику у печеночников и мхов. Так, у M. polymorpha гомолог гена, кодирующего сигнальный белок CLAVATA3 (MpCLE2), маркирует активно делящиеся клетки, окружающие АИ (см. рис. 4В), а ген, кодирующий его рецептор, гомолог CLAVATA1 — сами АИ. Обработка гаметофитов белками MpCLE2 увеличивает число АИ и приводит к многократной дихотомии, а потеря его функции — к сокращению числа АИ и подавляет ветвление, т. е. играет роль, противоположную CLAVATA3 цветковых, который экспрессируется в АИ и ограничивает размер организующего центра (Hirakawa, 2022). Другой сигнальный белок (MpCLE1) — близкий гомолог CLE40 (который у цветковых стимулирует пролиферацию клеток ПЗ), напротив, подавляет деления АИ и дихотомию M. polymorpha (Hirakawa et al., 2019; Coudert et al., 2019). Эти факты указывают на то, что данные сигнальные белки совместно со своими рецепторами регулируют число АИ Marchantiophyta, но гомологи одних и тех же белков CLE играют противоположные роли в регуляции меристем спорофитов цветковых и гаметофитов печеночников. Другая особенность последних состоит в том, что сигнальный белок CLE2 у них не взаимодействует с ТФ Т1WOX, что отличает его от единого регуляторного модуля CLAVATA3/WUS цветковых (Hirakawa, 2022). У P. patens гены, кодирующие сигнальные белки CLE, экспрессируются в протонеме и в гаметофорах (см. рис. 4C, D), а гены, кодирующие их рецепторы CLAVATA1, ко-экспрессируются с ними только в последних (Whitewoods, 2021; Nemec-Venza et al., 2022). Выявлено, что потеря функции CLAVATA1 приводит у P. patens к образованию многочисленных дополнительных АИ в основании гаметофора, указывая на то, что данный ТФ вероятно ограничивает число АИ сходно со своим гомологом у цветковых (Cammarata et al., 2023). Поскольку сходный фенотип наблюдается при обработке цитокинином (Cammarata et al., 2023), предполагают, что модуль CLE/CLAVATA1 у мхов регулирует уровень данного фитогормона (Fouracre, Harrison, 2022). Обработка P. patens белками CLE приводит к уменьшению размеров гаметофора и числа листьев, указывая на их роль в ограничении делений не только АИ, но и интеркалярной меристемы (Whitewoods et al., 2018). Функциональное сходство белков CLE мхов и цветковых подтверждается экспериментами, в которых гомологи из P. patens восстанавливали потерю функции CLAVATA3 Arabidopsis thaliana (Whitewoods et al., 2018; Whitewoods, 2021; Nemec-Venza et al., 2022). Все эти данные указывают, что, несмотря на таксоноспецифичные особенности, регуляция апикальных меристем модулем CLE/CLAVATA консервативна у спорофитов и гаметофитов высших растений.

Гомологи одного “фактора адаксиальности” C3HDZ и одного “фактора абаксиальности” KANADI выявлены во всех группах мохообразных (Yip et al., 2016; Romani et al., 2018; Li et al., 2020; Romanova et al., 2023). Гомологи другого “фактора адаксиальности” ARP есть только у M. polymorpha (Briginshaw et al., 2022), а гомологи “фактора адаксиальности” YABBY только у A. agrestis (Li et al., 2020) (см. рис. 1). Наличие у всех мохообразных гомологов регуляторов развития адаксиального и абаксиального доменов листа позволяет предположить, что предпосылки для возникновения органогенеза в апикальной меристеме возникли уже у гаметофитов. Тот факт, что M. polymorpha дополнительно имеет гомолог ARP, а A. agrestis — гомолог YABBY, указывает на то, что регуляция апикального роста дорсовентральных гаметофитов Anthocerotophyta и Marchantiophyta с многоклеточной апикальной меристемой могла быть сложнее, чем радиальносимметричных гаметофитов Bryophyta с одноклеточной апикальной меристемой. На основании того, что гомологи C3HDZ обнаружены в гаметофите Chara и экспрессируются как в гаметофите, так и в спорофите антоцеротовых и мхов, предполагают, что в отличие от C1KNOX, эти ТФ изначально функционировали в гаплоидной фазе жизненного цикла (Yip et al., 2016). У P. patens гомологи C3HDZ экспрессируются в АИ гаметофоров и листьев, а также в интеркалярной меристеме (см. рис. 4D), а потеря их функции ведет к снижению активности последней и уменьшению размеров гаметофоров, но не оказывает влияния на образование и развитие листьев (Yip et al., 2016). На этих данных основана гипотеза, что у гаметофитов ТФ C3HDZ, вероятно, регулируют деления клеток интеркалярной, но не апикальной меристемы (Yip et al., 2016). Гомологи KANADI (MpKAN) изучены только у M. polymorpha, у которой экспрессируется в АИ и их производных (см. рис. 4В). Их конститутивная экспрессия приводит к редукции размеров гаметофитов и их разветвленности, а потеря их функции — к большей разветвленности (Briginshaw et al., 2022). Выявлено, что гомолог KANADI M. polymorpha способен компенсировать дефекты у мутантов A. thaliana по этому гену. Эти данные указывают на функциональное сходство ТФ KANADI в обеих группах: подавление меристематичности и недифференцированного состояния клеток (Briginshaw et al., 2022).

Экспериментально установлено, что ауксин влияет на развитие гаметофитов мохообразных. Добавление синтетического ауксина (2,4-Дихлорфеноксиуксусной кислоты) к культурам клеток гаметофитов антоцеротовых стимулирует их деление и рост (Gunadi et al., 2022). Обработка гаметофитов M. polymorpha синтетическим ауксином и ингибитором его транспорта (нафтилфталаминовой кислотой) показала, что у печеночников ауксин синтезируется в апикальной меристеме (Suzuki et al., 2021). Его накопление в АИ при обработке блокаторами базипетального транспорта ингибирует их деление и приводит к уменьшению размеров и разветвленности гаметофитов (Suzuki et al., 2021, 2023). Кроме того, выявлено, что синтез ауксина у Marchantiophyta регулируется ТФ KANADI: у мутантов с потерей его функции повышается экспрессия одного из генов синтеза этого фитогормона, MpTAA (Eklund et al., 2015). На этих данных основано предположение, что ТФ KANADI блокирует деления АИ, подавляя синтез ауксина и активируя экспрессию CLE1 (Hirakawa et al., 2019). У P. patens, как и у M. polymorpha, ауксин синтезируется в АИ (см. рис. 4C, D) и осуществляет апикальное доминирование. Нарушение базипетального транспорта ауксина у мхов также приводит к его накоплению в АИ, что, в свою очередь, подавляет ее деления, как и у печеночников. При этом ослабевает апикальное доминирование и развиваются многочисленные почки в основании гаметофора, как при потере функции CLAVATA1, что косвенно указывает на ауксинзависимость последнего у Bryophyta (Harrison, 2017b; Coudert et al., 2019; Suzuki et al., 2021).

Меристемы спорофитов

Структура

Развитие спорофитов Anthocerotophyta, Marchantiophyta и Bryophyta различается. Спорофит антоцеротовых не имеет апикальной меристемы, а развивается из относительно длительно функционирующей базальной меристемы. Однако некоторые исследователи полагают, что своими местоположением и характером делений клеток она напоминает апикальную меристему корня, а другие считают ее интеркалярной меристемой, поскольку базально по отношению к ней располагается многоклеточная стопа (гаустория) (см. рис. 4E; Frangedakis et al., 2023). Спорофит печеночников также не имеет апикальной меристемы; на ранних стадиях эмбриогенеза печеночников пролиферативная зона, образующая ножку, локализована над стопой (см. рис. 4F), т. е. сходна по положению с меристемой антоцеротовых (Kohchi et al., 2021; Dierschke et al., 2021). На ранних стадиях онтогенеза спорофита мхов на его апикальном полюсе обособляется тетраэдрическая АИ, которая функционирует кратковременно, и основную роль в развитии спорофита играет интеркалярная меристема (см. рис. 4G; Fouracre, Harrison, 2022). Таким образом, интеркалярная или сходная с ней по положению меристема свойственна всем мохообразным, тогда как апикальная меристема уникальна для Bryophyta.

Регуляция

Считают, что исходной функцией ТФ, кодируемых генами С1KNOX (совместно с ТФ BELL) являлось возникновение диплоидной фазы жизненного цикла у водорослевых предков высших растений (Bowman et al., 2016). Экспрессия генов С1KNOX необходима также для начала делений зиготы M. polymorpha (Dierschke et al., 2021; Hisanaga et al., 2021; Coudert et al., 2019). Гомологи С1KNOX экспрессируются в АИ спорофита и ее ближайших производных у P. patens (см. рис. 4G); экспериментально показано, что они необходимы и достаточны для возникновения и функционирования ее интеркалярной меристемы (Sakakibara et al., 2008). Хотя гомологи С1KNOX отсутствуют в геноме A. agrestis, антоцеротовые имеют ген из класса С2KNOX, который преимущественно экспрессируется в спорофите и, вероятно, компенсирует функцию отсутствующего С1KNOX (Frangedakis et al., 2023).

Установлено, что гомологи ТФ WOX из суперклады Т1 (наименее родственной регулятору меристем цветковых WUS) у P. patens необходимы для регуляции деления клеток зародыша и возникновения АИ спорофита (Sakakibara et al., 2014). Сравнение их функции с таковой у гаметофитов показывает, что данные ТФ могли регулировать пролиферацию клеток на обеих стадиях жизненного цикла Bryophyta, но приобрели способность осуществлять регуляцию АИ только у спорофитов (Sakakibara et al., 2014). Экспрессия генов, кодирующих ТФ Т1WOX, обнаружена также в спорофите A. agrestis, но их функция пока неизвестна (Arnoux-Courseaux, Coudert, 2024).

Некоторые гомологи “листовых регуляторов” также экспрессируются в спорофитах мохообразных. Так, транскрипция гомологов C3HDZ сначала маркирует АИ, а после прекращения ее функционирования — интеркалярную меристему спорофита P. patens (см. рис. 4G; Yip et al., 2016). Полагают, что способность ТФ C3HDZ регулировать функционирование этих меристем у спорофитов Bryophyta появилась в результате модификации программы регуляции интеркалярной меристемы их гаметофитов (Yip et al., 2016). Единственный известный для мохообразных гомолог YABBY, который выявлен у антоцеротовых, экспрессируется в спорофите, однако его функция пока неизвестна (Li et al., 2020).

Установлено, что ауксин играет важную роль в регуляции меристем не только гаметофитов, но и спорофитов мохообразных. Так, обработка синтетическим ауксином ингибирует рост спорофитов Anthoceros laevis (Suzuki et al., 2021), вероятно, подавляя деление клеток его базальной (интеркалярной по другой интерпретации) меристемы. У спорофита Bryophyta ауксин, напротив, стимулирует деления АИ, поскольку потеря функции его белков-переносчиков PIN, приводящая к накоплению данного фитогормона в АИ, индуцирует ее более длительное функционирование (Harrison, 2017b; Harrison, Morris, 2018).

В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что спорофиты мохообразных обладают набором известных для цветковых регуляторов апикального роста. Тот факт, что при нарушении базипетального транспорта ауксина спорофиты P. patens характеризуются более длительным апикальным ростом и даже дихотомией, предполагает, что у них уже имелись регуляторные предпосылки для возникновения открытого роста.

ОБСУЖДЕНИЕ

Вероятные тенденции в эволюции открытого роста: структурные аспекты

В соответствии с современной филогенией Anthocerotophyta — древнейшая группа, сестринская по отношению к остальным высшим растениям (см. рис. 1; Harris et al., 2022). Тот факт, что каждая из многочисленных меристем их гаметофитов состоит из нескольких АИ и их производных, между которыми формируются вторичные плазмодесмы, позволяет предположить, что многоклеточная меристема и механизм формирования пост-цитокинетических плазмодесм возникли у общего предка всех высших растений (Frangedakis et al., 2023; Wegner, Ehlers, 2024). Гаметофиты Marchantiophyta и Bryophyta — сестринских между собой групп (см. рис. 1) обладают разными по строению и функции апикальными меристемами. У первых она сходна с таковой Anthocerotophyta по зональности, симпластической организации и отсутствию органогенеза (Kohchi et al., 2021), а у вторых состоит из единственной АИ, не имеет вторичных плазмодесм, но способна образовывать органы (Ligrone, Duckett, 1998; Fouracre, Harrison, 2022). Эти различия указывают на то, что у гаметофитов число АИ определяется способностью формировать пост-цитокинетические плазмодесмы: многоклеточные апикальные меристемы антоцеротовых и печеночников не способны к органогенезу, а одноклеточные у мхов — способны.

Меристему спорофитов Anthocerotophyta, которая не имеет зонального строения и располагается над стопой, некоторые считают интеркалярной (Wegner, Ehlers, 2024). Спорофиты Marchantiophyta также характеризуются кратковременно функционирующей интеркалярной меристемой и отсутствием апикальной меристемы (Kohchi et al., 2021). Кратковременно функционирующую АИ, не способную к органогенезу, имеют только спорофиты Bryophyta, основную роль в их развитии играет интеркалярная меристема (Nemec-Venza et al., 2022). Эти факты позволяют предположить, что исходной для спорофитов наземных растений была многоклеточная интеркалярная меристема, а АИ мхов могла возникнуть в результате модификации программ, регулирующих апикальную меристему гаметофитов.

У спорофитов Rhyniophyta s. l. (Kidston, Lang, 1920), плауновидных из порядков Lycopodiales и Isoetales так же, как у гаметофитов Anthocerotophyta и Marchantiophyta в апикальной меристеме одновременно функционирует несколько АИ (Gifford, Foster, 1989); у плауновидных из этих порядков формируются вторичные плазмодесмы (Imaichi, Hiratsuka, 2007; Romanova et al., 2022). Эти факты позволяют предположить, что апикальная меристема с несколькими АИ могла быть исходной как для гаметофитов, так и для спорофитов высших растений. Наличие единственной АИ и отсутствие вторичных плазмодесм у видов рода Selaginella и большинства Polypodiopsida свидетельствует о том, что реверсия к моноплексному водорослевому типу в связи с вероятной утратой механизма формирования вторичных плазмодесм у гаметофитов и спорофитов могла происходить независимо и неоднократно (Cooke et al., 1996; Imaichi, Hiratsuka, 2007; Evkaikina et al., 2014, 2017). Дополнительным аргументом в пользу этой точки зрения служит то, что транскриптомы моноплексных апикальных меристем спорофитов Selaginellales и Equisetidae менее сходны между собой, чем каждая из них с транскриптомом меристем цветковых (на примере Zea mays) (Frank et al., 2015).

Независимо от числа АИ меристемы спорофитов и гаметофитов всех высших растений (за исключением Bryophyta) многоклеточны и обладают сходной зональностью (Friedman et al., 2004). Их можно подразделить на более крупные клетки в центре и более мелкие, окружающие и подстилающие их клетки (которые по местоположению можно назвать ЦЗ и ПЗ соответственно) (Gifford, Foster, 1989; Kohchi et al., 2021; Frangedakis et al., 2023). У спорофитов плауновидных, папоротниковидных и голосеменных ЦЗ можно подразделить на одну или несколько АИ, ближайшие к ним призматические ПИ в поверхностном слое и их относительно крупные подповерхностные производные (называемые у первых ППИ, а у последних центральными материнскими клетками). Апикальная меристема цветковых имеет две отличительные особенности. Первая — отсутствие морфологических различий между АИ и подлежащими им клетками (организующего центра), которые вместе составляют ЦЗ. Вторая — наличие одного или нескольких наружных слоев антиклинально делящихся клеток, которые устанавливают симпластические контакты с подлежащими слоями, формируя пост-цитокинетические плазмодесмы (Imaichi, Hiratsuka, 2007). Установлено, что наружный слой туники является не просто таксономической, а функциональной особенностью апикальной меристемы побега цветковых, поскольку является путем полярного транспорта ауксина, и, в отличие от остальных клеток апикальной меристемы побега, характеризуется высокой концентрацией этого фитогормона (Reinhardt et al., 2003). Хотя клетки, подстилающие ЦЗ (или ППИ у несеменных растений), дифференцируются в разные ткани: центральный тяж прокамбия у Lycopodiopsida и Psilotales и в сердцевину у Equisetidae, Polypodiidae, голосеменных и цветковых (Gifford, Foster, 1989), на начальном этапе дифференцировки у всех этих растений они активно делятся, поэтому могут считаться стержневой зоной. Активная пролиферация клеток на некотором удалении от АИ сходна с таковой в интеркалярной меристеме спорофитов всех мохообразных и гаметофитов Bryophyta и Lycopodiales (Bower, 1935; Winther, Friedman, 2008). Можно предположить, что не только апикальная, но интеркалярная меристема гаметофитов были унаследованы и модифицированы спорофитами; последняя — в стержневую зону.

В то же время ни фаза жизненного цикла, ни структурный тип апикальной меристемы не определяют специфику органогенеза. Так, дихотомия со сменой АИ характерна для спорофитов Selaginellales, Psilotales и некоторых Polypodiidae с единственной АИ, а также гаметофитов Anthocerotophyta, Marchantiophyta и спорофитов Lycopodiales с несколькими АИ (Naumenko, Romanova, 2008; Gola, Jernstedt, 2011; Romanova et al., 2010; Kohchi et al., 2021; Frangedakis et al., 2023). Это позволяет предположить, что программа дихотомии спорофитов могла быть унаследована от таковой гаметофитов. Клетки поверхностного слоя (ПИ) играют исключительную роль в образовании листьев у гаметофитов Bryophyta с моноплексной меристемой и спорофитов Lycopodiopsida с моноплексной и симплексной меристемами (Harrison et al., 2007; Harrison, Langdale, 2010; Romanova et al., 2022). Отличие семенных растений состоит в том, что их листья образуются в ПЗ, а их инициация начинается не в поверхностном, а в подповерхностных слоях (Esau, 1969; Skupchenko, Ladanova, 1984⁷). Несмотря на то что апикальная меристема Polypodiopsida имеет зону, сходную с ПЗ семенных растений, их листья так же, как у других несеменных растений образуются из клеток поверхностного слоя. Из зоны, сходной с ПЗ у гаметофитов Anthocerotophyta, Marchantiophyta, Bryophyta и Polypodiidae образуются дорсовентральные валики (Bartz, Gola, 2018; Kohchi et al., 2021; Frangedakis et al., 2023), а у спорофитов Polypodiidae — корни (Romanova, Borisovskaya, 2004). Таким образом, эта зона участвует в морфогенезе, как гаметофитов, так и спорофитов, но не так, как у семенных растений.

Вероятные тенденции в эволюции открытого роста: молекулярно-генетические аспекты

На основании того, что гомологи KNOX регулируют экспрессию “зиготических генов” зеленой водоросли Chlamydomonas sp. (Bowman et al., 2016; Szövényi et al., 2019), не экспрессируются в гаметофите печеночника Marchantia polymorpha (Bowman et al., 2017; Dierschke et al., 2021) и не влияют на развитие гаметофита мха Physcomitrium patens, но регулируют развитие его спорофита (Sakakibara et al., 2014) предполагается, что они сыграли ключевую роль в возникновении и последующем усложнении многоклеточного спорофита, поддерживая его клетки в недифференцированном состоянии. Возможно, исходно С1KNOX регулировали диффузную пролиферацию клеток и кратковременно функционирующую интеркалярную меристему, имеющуюся у спорофитов всех мохообразных (Fouracre, Harrison, 2022). Предполагают, что перемещение домена их экспрессии на апикальный полюс зародыша у Bryophyta сыграло ключевую роль в возникновении апикальных меристем спорофитов (Fouracre, Harrison, 2022; Arnoux-Courseaux, Coudert, 2024). Ключевая роль С1KNOX в регуляции апикального роста спорофитов высших растений подтверждается их экспрессией в меристемах плауновидных, папоротниковидных и семенных растений, а также отсутствие апикальной меристемы у мутантов цветковых (Arabidopsis thaliana) с потерей их функции (Long et al., 1996). Возможно, утрата гомологов С1KNOX у Anthocerotophyta (Coudert et al., 2019; Arnoux-Courseaux, Coudert, 2024) обусловливает специфику развития их спорофита не из апикальной, а из базальной (или интеркалярной) меристемы.

Несмотря на то что выявленные у мохообразных гомологи ТФ WOX относятся к суперкладе Т1, наиболее отдаленной от WUS/WOX5 клады суперклады Т3, к которой относится ключевой “организатор” апикальной меристемы цветковых (Wu et al., 2019), потеря функции Т1WOX нарушает функционирование АИ гаметофитов печеночников. Это позволяет предположить, что Т1WOX мохообразных контролировали апикальную меристему гаметофитов, что сходно с ролью WUS у спорофитов цветковых. С другой стороны, экспрессия гомологов WOX, относящихся к сестринской по отношению WUS/WOX кладе в зачатках листьев плауна Selaginella moellendorffii и экспрессия гомологов, входящих в суперкладу Т3 (или WUS/WOX) в АИ корней папоротника Ceratopteris richardii указывает на то, что исходной функцией ТФ WOX у спорофитов могла быть регуляция возникновения новых АИ при органогенезе (Frank et al., 2015; Youngstrom et al., 2019). Экспрессия ТФ из клады WUS/WOX5 в ПЗ гнетовых, а не в центральных материнских клетках, которые по положению соответствуют организующему центру цветковых, может свидетельствовать об их функциональной специфике по сравнению с WUS (Hirakawa, 2022).

Тот факт, что гомологи малых сигнальных белков CLE и их рецепторов CLAVATA отсутствуют у Charophyta, но имеются у мохообразных, плауновидных, папоротниковидных и семенных растений позволяет предположить, что данный регуляторный модуль возник у общего предка высших растений (см. рис. 1; Whitewoods et al., 2018; Hirakawa, 2022). Наличие двух гомологов CLE c противоположными функциями и комплементарными доменами экспрессии у гаметофитов M. polymorpha и спорофитов A. thaliana указывает на то, что подразделение апикальных меристем на ЦЗ и ПЗ в обеих группах отражает не только структурное, но и регуляторное сходство (Hirakawa, 2022). Возникновение многочисленных дополнительных АИ у гаметофоров P. patens при потере функции единственного имеющегося у мхов гомолога CLE указывает на его функциональное сходство с CLAVATA3 в меристеме цветковых (Whitewoods et al., 2018). Можно предположить, что апикальная меристема P. patens состоит из единственной АИ вследствие того, что у нее, в отличие от печеночников и цветковых, отсутствуют гомологи CLE40, стимулирующие деление клеток. Различия в экспрессии CLE и CLAVATA в АИ протонемы и гаметофора P. patens и разные последствия потери их функции для этих онтогенетических стадий позволили предположить, что CLE/CLAVATA модуль играет ключевую роль в изменении направления делений АИ при переходе от нитевидной протонемы к радиальносимметричному гаметофору (Whitewoods et al., 2018; Hirakawa et al., 2019; Nemec-Venza et al., 2022). Компоненты CLE/CLAVATA модуля выявлены также у спорофитов мохообразных, плауновидных и папоротниковидных, и, хотя сведения о том, был ли он задействован в регуляции их меристем, пока отсутствуют, предполагается, что возникновение этого регуляторного модуля у общего предка высших растений сыграло ключевую роль в преобразовании пластинчатых слоевищ водорослевых предков растений в трехмерные спорофиты (Whitewoods et al., 2018). В то же время на примере M. polymorpha и P. patens экспериментально продемонстрировано, что взаимодействие CLE/CLAVATA модуля с ТФ WОХ, которое у цветковых играет ключевую роль в регуляции числа АИ в апикальной меристеме, у мохообразных еще не возникло. Предполагают, что способность взаимодействовать с модулем CLE/CLAVATA приобрели только ТФ из WUS/WOX суперклады (Arnoux-Courseaux, Coudert, 2024), однако в какой группе это произошло: у цветковых, голосеменных или папоротниковидных, неизвестно в отсутствие сведений о функции этого модуля у последних двух групп.

Два из четырех ключевых ТФ, регулирующих органогенез цветковых, имеются у всех высших растений; каждый из двух других присутствует хотя бы в одном из таксонов мохообразных, плауновидных, папоротниковидных и голосеменных (см. рис. 1). Эти факты позволяют предположить, что все четыре регулятора органогенеза возникли у общего предка всех высших растений. Экспрессия гомологов C3HDZ в АИ и интеркалярной меристеме гаметофора P. patens, а также редукция размеров гаметофоров при отсутствии дефектов в развитии листьев у мутантов с потерей их функции указывают на его роль в регуляции обеих меристем, но не органогенеза (Yip et al., 2016). C3HDZ экспрессируются также в АИ и интеркалярной меристеме спорофита P. patens. На этих данных основано предположение, что C3HDZ функционировали в обеих фазах жизненного цикла у общего предка всех высших растений (Floyd et al., 2006). Экспрессия гомологов C3HDZ как в апикальных меристемах побегов, так и в листьях у плауновидных (Floyd et al., 2006), папоротниковидных (Vasco et al., 2016) и семенных растений (Floyd et al., 2006) позволяет предположить, что они приобрели функции регуляции апикальной меристемы и органогенеза у общего предка сосудистых растений. Гены, кодирующие “фактор адаксиальности” ARP, а также “факторы абаксиальности” YABBY и KANADI у цветковых антагонистичны меристемспецифичным генам и никогда не экспрессируются в апикальной меристеме (Guo et al., 2008; Bowman, Smyth, 1999; Eshed et al., 2004). Сходный паттерн их экспрессии у голосеменных позволяет предположить их функциональное сходство у спорофитов всех семенных растений (Finet et al., 2016; Du et al., 2020; Zumajo-Cardona et al., 2021), а способность KANADI M. polymorpha восстанавливать дефекты у мутанта A. thaliana с потерей функции гомологичного гена указывает на их функциональное сходство у разных стадий жизненного цикла в этих группах (Briginshaw et al., 2022). Однако у плауновидных (Harrison et al., 2005; Evkaikina et al., 2017) и папоротниковидных (Harrison et al., 2005; Vasco et al., 2016; Zumajo-Cardona et al., 2019; Zumajo-Cardona, Ambrose, 2020) экспрессия этих “листовых регуляторов” маркирует не только зачатки листьев, но и апикальную меристему, указывая на то, что они не подавляют меристематичность клеток. Поскольку гаметофиты Marchantiophyta, спорофиты Lycopodiopsida и ряда Polypodiidae ветвятся дихотомически, предполагают, что “листовые регуляторы” изначально регулировали дихотомию, а позже эта программа была модифицирована для регуляции органогенеза (Harrison et al., 2005; Romanova et al., 2023).

Вероятные тенденции в эволюции открытого роста: гормональная регуляция

Фитогормон ауксин является одним из ключевых регуляторов морфогенеза, как гаметофитов, так и спорофитов, однако локализация его синтеза, градиентное распределение и действие на разные аспекты морфогенеза различаются у представителей разных групп высших растений.

Так, у гаметофитов печеночников и мхов ауксин синтезируется в АИ и стимулирует их деления, но нарушение его оттока и избыточное накопление, напротив, ингибирует апикальную меристему (Suzuki et al., 2021; 2023). Высокая концентрация ауксина также необходима для возникновения и дальнейшего функционирования АИ гаметофита Polypodiidae, а после ее возникновения происходит отток этого фитогормона в ее активно делящиеся производные (Withers et al., 2023). Таким образом, синтез и последующий базипетальный транспорт устанавливает оптимальную для функционирования АИ гаметофитов концентрацию этого фитогормона.

Ауксин синтезируется также в апикальной части спорофита мхов, но нарушение оттока, ведущее к его накоплению в АИ, в отличие от гаметофита, вызывает увеличение размеров первого и даже его ветвление (Harrison, Morris, 2018; Tomescu et al., 2014). Сходство мутантных спорофитов Physcomitrium patens с первыми наземными растениями спорофитной линии эволюции (например, Cooksonia) привело к предположению, что накопление ауксина в апикальной части зародыша стало одним из стимулов пролонгированного функционирования его АИ, возникновения новых АИ при дихотомии и привело к постепенному усложнению спорофита у общего предка высших растений (Harrison, Morris, 2018; Tomescu et al., 2014). В то же время подавление ауксином пролиферации клеток базальной меристемы спорофита антоцеротовых указывает на ее регуляторное отличие от апикальных меристем. У плауновидных блокировка полярного транспорта ауксина и его накопление в апикальной меристеме ингибирует рост побегов, но не влияет на развитие листьев (Sanders, Langdale, 2013). Эти данные косвенно указывают на то, что ауксин у плауновидных, вероятно, синтезируется не в листьях, а в апикальной меристеме, а его последующий базипетальный транспорт обеспечивает оптимальную для ее функционирования концентрацию. Тот факт, что гомологи ARP, C3HDZ, YABBY и KANADI, которые у цветковых экспрессируются только при высокой концентрации ауксина, маркируют у спорофитов разных видов плауновидных и папоротниковидных не только листья, но и апикальную меристему побегов, также свидетельствует в пользу локализации синтеза ауксина в последней. Таким образом, роль ауксина в регуляции апикальной меристемы спорофитов Lycopodiopsida сходна с таковой в меристеме гаметофитов Marchantiophyta и Bryophyta, но отлична от регуляции меристемы спорофитов последних. Хотя экспериментально выявлено, что у спорофитов папоротниковидных ауксин, вероятно, синтезируется как в листьях, так и в апикальной меристеме, его роль в регуляции последней неизвестна (Wardlaw, 1956, 1963; Steeves, Sussex, 1989; Ma, Steeves, 1992). Необходимым условием функционирования апикальной меристемы цветковых, в отличие от мохообразных, плауновидных и папоротниковидных, является поддержание в ней низкой концентрации ауксина, которое достигается подавлением в апикальной меристеме генов, кодирующих все ключевые ферменты его биосинтеза и белки PIN, осуществляющие его полярный транспорт (Vernoux et al., 2010). Исключением является наружный слой туники, через который происходит транспорт этого фитогормона. Стоит заметить, что хотя в большинстве клеток апикальной меристемы побега цветковых C1KNOX и ауксин антагонистичны, в наружном слое туники, а также в клетках прокамбия, через которые происходит базипетальный транспорт этого фитогормона, экспрессия C1KNOX не подавляется (Reinhardt et al., 2003; Kuznetsova et al., 2023). Это сходно с экспрессией C1KNOX в апикальных меристемах плауновидных и папоротниковидных, в которых, предположительно, происходит синтез ауксина. Эти данные позволяют предположить, что данный ТФ может играть роль в регуляции некоторых типов меристематических клеток и при высокой концентрации ауксина. Потеря функции PIN, приводящая к нарушению полярного транспорта ауксина у цветковых, полностью подавляет органогенез, но не влияет на функционирование апикальной меристемы, указывая, что у них данный фитогормон утратил функцию ее регуляции (Reinhardt et al., 2003). Экспрессия гомологов PIN в наружном слое симплексной апикальной меристемы Picea abies (Palovaara et al., 2010) указывает на функциональное сходство этих клеток у голосеменных и цветковых, несмотря на различный способ деления, а общие с цветковыми закономерности органо- и гистогенеза — на сходную роль ауксина в регуляции этих процессов в обеих группах (Larsson et al., 2007). С другой стороны, экспрессия генов, маркирующих клетки с высокой концентрацией ауксина — WOX5 (Nardmann et al., 2009) и C3HDZ (Floyd et al., 2006; Du et al., 2020) во всех клетках ПЗ апикальной меристемы у ряда голосеменных, может свидетельствовать о том, что высокий уровень данного фитогормона характерен для всей этой зоны, а не только для зачатков листьев. Обобщая эти факты можно предположить, что специфика экспрессии меристемспецифичных и “листовых” регуляторов в апикальных меристемах у представителей разных таксонов растений обусловлена различием в распределении и роли ауксина в их апексах.

Известно, что у цветковых ТФ С1KNOX поддерживают клетки апикальной меристемы в недифференцированном состоянии, стимулируя синтез цитокинина. Хотя спорофит Bryophyta представляет собой детерминированную структуру, его гомолог С1KNOX также стимулирует синтез этого фитогормона, который, в свою очередь, стимулирует пролиферацию клеток интеркалярной (но не апикальной) меристемы (Arnoux-Courseaux, Coudert, 2024). Эти данные указывают на то, что С1KNOX-цитокининовый модуль контролирует меристемы спорофитов как мхов, так и цветковых, на сходство в регуляции апикальных и интрекалярных меристем, а также служит основанием для гипотезы о том, что перемещение данного модуля в апикальное положение у спорофитов привело к возникновению у них открытого роста (Fouracre, Harrison, 2022).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, стали ли программы регуляции меристем гаметофитов основой при возникновении открытого роста спорофитов или апикальные меристемы последних возникли de novо? Приведенные в настоящей статье данные аргументируют две гипотезы. В соответствии с одной из них апикальная меристема спорофитов возникла в результате смещения интеркалярной меристемы в апикальное положение (Mishler, Churchill, 1984). Согласно другой гипотезы она появилась благодаря добавлению регуляторного модуля недетерминированности уже возникшей у спорофитов мхов, но еще кратковременно функционирующей АИ (Albert, 1999). Фрагментарность данных не позволяет сделать однозначный выбор между этими гипотезами. В то же время наличие всех основных регуляторов меристем у гаметофитов мохообразных не подтверждает de novо возникновение апикальной меристемы у спорофитов.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы благодарны старшему преподавателю кафедры ботаники СПбГУ Юрию Алексеевичу Иваненко за помощь с реконструкцией филогении растений, представленной на рис. 1, инженеру кафедры ботаники СПбГУ Петру Александровичу Романову за помощь в подготовке иллюстраций. Работа А. И. Максимовой и О. В. Войцеховской выполнялась при поддержке госзадания № 123022200048-0.

ACKNOWLEDGEMENTS

The authors are grateful to Yuri Ivanenko, Senior Lecturer at the Department of Botany at St. Petersburg State University, for his help with the reconstruction of plant phylogeny presented in Fig. 1, and to Petr Aleksandrovich Romanov, engineer at the Department of Botany at St. Petersburg State University, for his help in preparing the illustrations. The work of Anastasija Igorevna Maksimova and Olga Vladimirovna Voitsekhovskaja was carried out within the framework of the state assignment No. 123022200048-0.

 

¹ [Esau] Эсау К. 1969. Анатомия растений / пер. с англ. А. Е. Васильева и др.; под ред. и с предисл. Л. В. Кудряшова. М. 564 с.

² [Romanova et al.] Романова М. А., Домашкина В. В., Бортникова Н. А. 2023. Структурные и регуляторные аспекты морфогенеза Equisetum sylvaticum и Equisetum fluviatile в связи с гомологией листьев хвощовых и других папоротниковидных. — Бот. журн. 108(9): 785–820. https://doi.org/ 10.31857/S0006813623090065

³ [Romanova, Borisovskaya] Романова М.А., Борисовская Г.М. 2004. Принципы структурной организации вегетативного тела папоротников: онтогенетический подход. — Бот. журн. 89(5): 705–717.

⁴ [Romanova et al.] Романова М.А., Яковлева О.В., Максимова (Евкайкина) А.И., Иванова А.Н., Домашкина В.В. 2022. Строение апикальных меристем побегов и особенности ультраструктуры их клеток у плауновидных и папоротниковидных. — Бот. журн. 107(9): 885–905. https://doi.org/10.31857/S0006813622090095

⁵ [Naumenko, Romanova] Науменко А.Н., Романова М.А. 2008. Апикальный морфогенез Psilotum nudum (Psilotaceae) и Botrychium lunaria (Ophioglossaceae). — Вестник СПбГУ. 3(2): 15–27.

⁶ [Romanova et al.] Романова М.А., Науменко А.Н., Евкайкина А.И. 2010. Особенности апикального морфогенеза в разных таксонах несеменных растений. — Вестник СПбГУ. 3(3): 29–41.

⁷ [Skupchenko, Ladanova] Скупченко В.Б., Ладанова Н.В. 1984. Структура однолетней хвои в кроне Picea obovata (Pinaceae). — Бот. журн. 69(7): 899–904.

About the authors

M. A. Romanova

St. Petersburg State University

Author for correspondence.
Email: m.romanova@spbu.ru
Russian Federation, St. Petersburg

V. V. Domashkina

St. Petersburg State University; Komarov Botanical Institute RAS

Email: m.romanova@spbu.ru
Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

A. I. Maksimova

Komarov Botanical Institute RAS

Email: m.romanova@spbu.ru
Russian Federation, St. Petersburg

O. V. Voitsekhovskaja

Komarov Botanical Institute RAS

Email: m.romanova@spbu.ru
Russian Federation, St. Petersburg

References

Supplementary files