Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Endocykle w przykładach
Endocykle w przykładach

Poliploidyzacja jest to zwiększenie podstawowej ilości materiału genetycznego komórki w wyniku przeprowadzenia rund replikacji DNA. Dlatego komórki o wartości 1C, 1n są haploidalne, o 2C, 2n są diploidalne. Zjawisko endoreplikacji odpowiada natomiast za zdobywanie przez komórkę kolejnych pułapów ploidalności.


Przeczytaj również:

Apoptoza komórkowa, czyli szybka powtórka do sesji

Cykl komórkowy cz.2: Zaburzenia. Cykl w komórce nowotworowej.


W wyniku endoreplikacji przeprowadzonej w komórce diploidalnej, dochodzi do wytworzenia komróki tetraploidalnej, itd. Najczęściej do takich zmian zachodzi w zakresie od 4C do 32C. Wartości takie spotykano np. u Arabidopsis. Opisano także przypadek ogromnego wzrostu ploidalności, 24 576C osiągnęły komórki bielma Arum maculatum. Dowiedziono występowania endocykli w różnych gatunkach oraz w obrębie różnych tkanek. Często wyjście z klasycznego cyklu komórkowego i przejście na ścieżkę niezależnej od mitozy endoreplikacji, jest elementem procesu dyferencjacji i specjalizacji. Endocykle opisano np. w:

  • Arabidopsis thaliana, m.in. w epidermie liści
  • Bryonina sp. w bazalnych komórkach włośnikowych
  • Cucumias sativus uzyskiwanie poliploidalności opisano jako zjawisko towarzyszące etapom rozwoju rośliny
  • Elodea canadensis w komórkach włośnikowych
  • Lycopersicon esculentum, odnaleziono w każdym organie i tkance, poza epidermą owoców, na każdym stadium rozwoju rośliny
  • Mesembryanthemum crystallium
  • Orchidea parenchymie nasion
  • Phaseolus sp. w komórkach wieszadełka
  • Pisum sativu, np. w liścieniach
  • Solanum tuberosum
  • Vanillia sp. w rafidach idioblastów
  • tkankach wysoce aktywnych metabolicznie np. u Zea mays w bielmie nasion i nie tylko
  • parenchymie korzeni i kory pierwotnej różnych gatunków

Przy czym ploidalność pojawia się częściej w starszych, zróżnicowanych tkankach. Z reguły stopień ploidalności jest tym wyższy, im starsza komórka.

Role endoreplikacji w organizmie roślinnym

  1. Endocykl stanowi proces w wyniku, którego komórka powiela matrycę DNA, co w konsekwencji prowadzi do zwiększonej liczby transkryptów.
  2. Wzrost ilości DNA, na drodze endoreplikacji, w związku z funkcją komórki, pozwala na regulację ekspresji genów. Utworzenie swoistej równowagi w oddziaływaniu genomu jądrowego i organellowego.
  3. Endocykle wyzwalając wzrost objętości jądra, służą zwiększeniu objętości komórki
  4. Wielkość komórek często wynika z warunków środowiska, jakie działają na roślinę, endocykl stanowi zatem czynnik sprzyjający właściwemu dostosowaniu.
  5. Omawiane zjawisko powodując zwiększenie ilości kopii DNA, zabezpiecza przed utratą genów, na co wpływ mają niekorzystne warunki życia.
  6. Zwielokrotniona liczba kopii genów pozwala na szybką regenerację komórek i całego organizmu, poddanych niekorzystnym warunkom rozwoju. Cykl Endo zapewnia więc stabilność rozwojową.
  7. Endocykl jest ścieżką pozwalającą na wzmożony rozwój części gatunków roślin. Wprowadza bowiem usprawniony, wydajny, a przede wszystkim szybki cykl życia komórki.
  8. Opisywane zjawisko pozwala na oszczędzenie materiałów potrzebnych do budowy nowych organelli, zacodzącej w klasycznym cyklu komókowym.
  9. Literatura branżowa opisuje obecność faz endo jako przejście komórek ze ścieżki proliferacji na ścieżkę różnicowania. Co opisano w czasie wydłużania hypokotyli, wzrostu włosków liściowych, rozwoju całych liści i owoców.
  10. Poliploidyzacja, skutek przeprowadzanych rund endoreplikacji bierze udział we wzmaganiu atrakcyjności organów generatywnych roślin, np. owoców. Dzieje się to poprzez zwiększenie ilości materiału genetycznego ulegającego ekspresji, odpowiadającego za barwność, smakowitość i zapach.
  11. Komórki o większej objętości wymuszonej endocyklem polepszają ogólną budowę rośliny.
  12. Tworzenie poliploidów na drodze endocykli donosi o konieczności specjalizacji komórek. Ma to na celu utrzymanie pewnego poziomu specyficznych regulatorów oraz przypisanie komórkom ich swoistych funkcji.
  13. Endoreplikacja dotyczy tworzenia somatycznej poliploidyzacji u roślin.
  14. Dane donoszą, że poliploidyzacja somatyczna jest pewnego rodzaju strategią ewolucyjną. Rośliny w toku ewolucji utraciły przecież znaczą część pierwotnej ilości materiału genetycznego. Tezę popiera fakt, iż poliploidyzacja dotyczy najczęściej roślin o bardzo małym genomie.
  15. Dzięki endoreduplikacji można dokonywać selekcji komórek z uwagi na niesynchroniczne zatrzymanie proliferacji.

 

Izabela Kołodziejczyk

Źródła

Źródła:

  1. Alberts B (1999) Podstawy biologii komórki. PWN, Warszawa
  2. Edgar BA, Orr-Weaver TL (2001) Endoreplication cell cycles: more or less. Cell 105: 297-306
  3. Dan H, Imaseki H, Wasteneys GO, Kazama H (2003) Ethylene stimulates endoreduplication but inhibits cytokinesis in cucumber hypocotyl epidermis. Plant Physiol 133: 1726–1731
  4. Inze D, De Veylder L (2006) Cell cycle regulation in plant development. Annu Rev Genet 40: 77-105
  5. Jabłońska-Trypuć A, Czerpak R (2009) Cytokininy i ich aktywność biochemiczna w procesach podziałów, starzenia się i apoptozy komórek ludzkich i zwierzęcych. Postępy biologii komórki 36: 135-174
  6. Joubes J, Chevalier C (2000) Endoreduplication in higher plants. Plant Mol Biol 43: 735-745
  7. Kaźmierczak A (2003) Induction of cell division and cell expansion at the beginning of gibberellin A3-induced precocious antheridia formation in Anemia phyllitidis gametophytes. Plant Sci 165: 933–939
  8. Kaźmierczak A (2004) Aminooxyacetic acid inhibits antheridiogenesis and development of Anemia phyllitidis gametophytes. Plant Cell Rep 23: 203-210
  9. Kaźmierczak A (2010) Endoreplication in Anemia phillitidis coincides with the development of gametophytes and male sex. Physiol Plant 138: 321-328
  10. Kondorosi E, Roudier F, Gendreau E (2000) Plant cell-size control: Growing by ploidy? Curr Opin Plant Biol 3: 488-492
  11. Kwiatkowska M, Popłońska K, Kaźmierczak A, Stępiński D, Rogala K, Polewczyk K (2007) Role of DNA endoreduplication, lipotubuloids, and gibberellic acid in epidermal cell growth during fruit development of Ornithogalum umbellatum. J Exp Bot 58: 2023-2031
  12. Kwiatkowska M, Wojtczak A, Popłońska K (1998) Effect of GA3 treatment on the number of spermatozoids and endopolyploidy levels of non-generative cells in antheridia of Chara vulgaris L. Plant Cell Physiol. 39: 1388-1390
  13. Małuszyńska J, Szweykowska-Kulińska Z (2007) Działanie genomu komórki. W: Wojtaszek P, Woźny A, Ratajczak L [red.] Biologia komórki roślinnej. Funkcja. PWN Warszawa, 36-52, 58-59
  14. Olszewska M, Małuszyńska J (1999) Badania genomu jądrowego. W: Rogalska S, Małuszyńska J, Olszewska M. Podstawy cytogenetyki rośłin. PWN Warszawa, 33-37
  15. Rogala K, Kwiatkowska M, Popłońska K (2008) DNA level in guard cells nuclei of Ornithogalum umbellatum ovary is 2C-4C. Acta Soc Bot Pol 77: 207-211
  16. Rogalska S (1999) Zmienność liczby chromosomów i układów chromosomowych. W: Rogalska S, Małuszyńska J, Olszewska M. Podstawy cytogenetyki roślin. PWN Warszawa, 153-173
  17. Rogalska S (2005), Małuszyńska J, Olszewska M. Podstawy cytogenetyki roślin. PWN Warszawa
  18. Rosiak M, Polit JT, Maszewski J (2002) Effects of 6-dimethylaminopurine, 2-aminopurine, olomoucine and sodium vanadate on DNA endoreduplication in primary roots of Pisum sativum. Biol Plant 45: 2005-211
  19. Rosiak M, Polit J, Maszewski J (2002) Staurosporine and vanadate can induce additional endo-S phases during cell differentiation in primary roots of Pisum sativum. Plant Sci 163: 889-895
  20. Sawicki J (1998) Cykl komórkowy. W: Kawiak J, Mirecka J, Olszewska M, Warchoł J. Podstawy cytofizjologii. PWN Warszawa, 339-352
  21. Stępiński D (2003) Effect of chilling on DNA endoreplication in root cortex cells and root hairs of soybean seedlings. Biol Plant 47: 333-339
  22. Traas J, Hulskamp M, Gendreau E, Hofte H (1998) Endoreduplication and development: rule without dividing. Curr Opin Plant Biol 1: 498-503
  23. Tretyn A (2002) Podstawy strukturalno-funkcjonalne komórki roślinnej oraz Mechanizmy wzrostu i rozwoju. W: Kopcewicz J, Lewak S [red.] Fizjologia roślin. PWN Warszawa, 67-87
KOMENTARZE
Newsletter