Cho, Ju Sung;Jang, Bo Kook;Park, Kyungtae;Lee, Ha Min;Lee, Cheol Hee
Korean Journal of Plant Resources
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v.32
no.6
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pp.735-742
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2019
This study investigated a suitable method that could be applied for Asian chain fern [Woodwardia japonica (L. f.) Sm.] to propagate gametophytes and promote sporophyte formation. The gametophytes used in all experiments were obtained from germinated spores in vitro and were subcultured at 8-week intervals. The most appropriate media for gametophyte propagation was identified by culturing 300 mg of gametophyte in Murashige and Skoog (MS) basal medium (1/8, 1/4, 1/2, 1, 2), and Knop medium for 8 weeks. As a result, fresh weight of the gametophyte was increased by 56.7-fold on MS medium. Moreover, antheridium formation as well as gametophyte growth was improved on MS medium, especially. To improve the sporophyte formation ex vitro, 1.0 g of gametophyte was ground with distilled water and spread on eight combinations onto four different culture mediums, such as bed soil, peat moss, perlite and decomposed granite. Then generation and growth of sporophytes were investigated after cultivation for 10 weeks. As a result of this experiment, peat moss had a promotive effect of sporophyte formation at single-use and mixed culture soils. In particular, a mixture of bed soil, peat moss and perlite in a 1:1:1 ratio (v/v/v) led to the accelerated formation (782.5 ea/pot) and the frond growth of sporophytes. This included increases in length and width of fronds. However, promotive effect of gametophyte growth and sporophyte formation was not found at single-use and treatment with high ratio of bed soil.
These investigations were conducted to standardize several chemical and physical environments affecting in vitro propagation of gametophytes of Climacium japonicum. Propagation of this moss species was established on basal medium containing Knop macro salts and Nitsch and Nitsch trace elements. Primary cultures were initiated from apical shoots of gametophytes. Gametophyte production was accessed using chopped gametophytes, apical shoots and basal shoots. Seven ty pes of culture media and four concentrations of total nitrogen and five strengths of sucrose were tested for in vitro gametophyte production. Light and temperature factors were also evaluated. Apical shoots were the greatest among three types explants used for gametophyte propagation. Medium containing Knop macro salts and Nitsch and Nitsch trace elements was more effective than other types of media. Higher sucrose concentrations showed a positive effect on the elongation and multiplication of gametophytes. Both nitrogen deficiency and excessiveness inhibited gametophyte growth. Light intensity variation showed highly significant changes in numbers, length and fresh weight of gametophytes. Optimum light intensity for gametophyte growth seemed to be around 3000-4000 lx. Both lower and higher temperature had a negative effect on gametophyte propagation and production. This study will provide large scale and high quality propagules, and effective moss propagation system.
Martin, Erika;Jeremy , Pickett-Heaps;Kim, Gwang-Hoon;West, John
ALGAE
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v.21
no.1
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pp.109-124
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2006
Responses to various types of mechanically induced wounding were followed in the giant-celled Caulerpalean species, Derbesia tenuissima, using time-lapse video-microscopy. Gametophyte vesicle cells. Puncture wounding: the gametophyte cell seals the puncture in 5 min. This is followed by cycles of ruptures and sealing, ending with full recovery in 24 hrs. Cut wounding: the protoplast immediately retracts away from the wall and reforms an intact, deflated protoplast that expands to fill the original cell within 21 hrs. Crush wounding (internal). When retained within the cell wall many protoplast fragments condense, round up, and coalesce; the reconstituted protoplast expands until it attains complete recovery, filling the original cell shape in 12 hrs. Crush wounding (external). Protoplast fragments extruded from the crushed cell are more numerous and smaller taking longer to recover. Most fragments become spherical, transforming into small viable cells capable of reproduction in several days. Sporophyte filaments. Crush wounding creates many small fragments that initially condense, coalesce and then expand within the wall to restore a complete filament with normal cytoplasmic streaming within 5 hrs. Reproduction: gametophyte. Our culture isolates produce more females than males (30:1). Gametangia develop one day before discharge that occurs explosively (1/6 sec) at first morning light. The vesicle cell forms successive gametangia every 14 days. Sporophyte. Each sporangium develops on a lateral branch that becomes isolated by the creation of successive basal plugs. After cytoplasmic cleavage and differentiation the stephanokont spores are discharged. The spores settle quickly and germinate forming gametophyte cells.
Park, Kyunghyuk;Frost, Jennifer M.;Adair, Adam James;Kim, Dong Min;Yun, Hyein;Brooks, Janie S.;Fischer, Robert L.;Choi, Yeonhee
Molecules and Cells
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v.39
no.10
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pp.768-775
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2016
The Arabidopsis female gametophyte contains seven cells with eight haploid nuclei buried within layers of sporophytic tissue. Following double fertilization, the egg and central cells of the gametophyte develop into the embryo and endosperm of the seed, respectively. The epigenetic status of the central cell has long presented an enigma due both to its inaccessibility, and the fascinating epigenome of the endosperm, thought to have been inherited from the central cell following activity of the DEMETER demethylase enzyme, prior to fertilization. Here, we present for the first time, a method to isolate pure populations of Arabidopsis central cell nuclei. Utilizing a protocol designed to isolate leaf mesophyll protoplasts, we systematically optimized each step in order to efficiently separate central cells from the female gametophyte. We use initial manual pistil dissection followed by the derivation of central cell protoplasts, during which process the central cell emerges from the micropylar pole of the embryo sac. Then, we use a modified version of the Isolation of Nuclei TAgged in specific Cell Types (INTACT) protocol to purify central cell nuclei, resulting in a purity of 75-90% and a yield sufficient to undertake downstream molecular analyses. We find that the process is highly dependent on the health of the original plant tissue used, and the efficiency of protoplasting solution infiltration into the gametophyte. By isolating pure central cell populations, we have enabled elucidation of the physiology of this rare cell type, which in the future will provide novel insights into Arabidopsis reproduction.
Augyte, Simona;Yarish, Charles;Neefus, Christopher D.
ALGAE
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v.34
no.2
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pp.153-162
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2019
Anthropogenic disturbances, including coastal habitat modification and climate change are threatening the stability of kelp beds, one of the most diverse and productive marine ecosystems. To test the effect of temperature and irradiance on the microscopic gametophyte and juvenile sporophyte stages of the rare kelp, Saccharina angustissima, from Casco Bay, Maine, USA, we carried out two sets of experiments using a temperature gradient table. The first set of experiments combined temperatures between $7-18^{\circ}C$ with irradiance at 20, 40, and $80{\mu}mol\;photons\;m^{-2}\;s^{-1}$. The second set combined temperatures of $3-13^{\circ}C$ with irradiance of 10, 100, and $200{\mu}mol\;photons\;m^{-2}\;s^{-1}$. Over two separate 4-week trials, in 2014 and again in 2015, we monitored gametogenesis, the early growth stages of the gametophytes, and early sporophyte development of this kelp. Gametophytes grew best at temperatures of $8-13^{\circ}C$ at the lowest irradiance of $10-{\mu}mol\;photons\;m^{-2}\;s^{-1}$. Light had a significant effect on both male and female gametophyte growth only at the higher temperatures. Temperatures of $8-15^{\circ}C$ and irradiance levels of $10-100{\mu}mol\;photons\;m^{-2}\;s^{-1}$ were conditions for the highest sporophyte growth. Sporophyte and male gametophyte growth was reduced at both temperature extremes-the hottest and coldest temperatures tested. S. angustissima is a unique kelp species known only from a very narrow geographic region along the coast of Maine, USA. The coupling of global warming with high light intensity effects might pose stress on the early life-history stages of this kelp, although, as an intertidal species, it could also be better adapted to temperature and light extremes than its subtidal counterpart, Saccharina latissima.
Mclachlan, Jack L.;Blanchard, Wade;Field, Christopher;Lewis, Nancy I.
ALGAE
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v.26
no.1
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pp.51-60
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2011
Similar to other species of Gigartinaceae Chondrus crispus has an alternation of perennial, isomorphic gametophytic and sporophytic generations. As these two generations co-exist independently within populations and obtain their resources in a similar manner, intraspecific competition is expected. In populations within the southern Gulf of St. Lawrence, fronds of both generations of C. crispus occur in similar numbers. This equivalency can be related to substratum instability, where the population is dynamic with a high turn-over rate of genets. These observations support a stochastic hypothesis to account for distribution of gametophytes and sporophytes in this area. Along the Atlantic coast of Nova Scotia, where the substratum is stable, gametophytes are overwhelmingly predominant. Gametophytic predominance is greatest in the lower littoral zone where C. crispus is abundant and space is limited. Under the fucoid canopy where "free-space" exists, the gametophyte to sporophyte ratio is lower. Gametophytic and sporophytic fronds are distributed equally among different size-classes and size-distribution is not considered a competitive factor. Previous studies have shown that sporophytic fronds of C. crispus are more susceptible to infections by endophytic algae and other pathogens, and are more heavily grazed by herbivores than are gametophytic fronds. Thus, mechanistic factors are strongly implied in the selection of gametophytes in the Atlantic population.
The development of the female gametophyte of Corydalis albipetala, C. ambigua, C. filistipes, C. nobilis, C. solida, C. ophiocarpa have been comparatively investigated using laser scanning confocal microscope (LSCM) and light microscope. An archesporium was originated from one of the outmost parietal cells beneath the one-layered epidermis of protuberant nucellus, and acted directly as a megaspore mother cell (MMC). These species had linear tetrads after successional meiotic division during the megasprogenesis. A functional megasprore developed from one of the tetrad in the chalazal end, and the rest three being degenerated. The developmental type of the female gametophyte was monosporic in accordance with the Polygonum type. Prior to anthesis the female gametophyte was organized. So mature embryo sac was comprised a three-celled egg apparatus, three large antipodals were developed from the apex of each antipodal cell, and extended toward micropylar end to be contacted with egg apparatus. Two synergids were usually observed as degenerated condition, and in this time the apices of antipodal haustoria were connected with the degenerated synergids. The developmental characteristics of seven-nucleate female gametophytes were common in all the species investigated. But the shape of mature embryo sac was ovoidal in C. albipetala, C. filistipes, C. ophiocarpa and C. solida, reflexed in C. ambigua, and rather flattened ovoidal in C. nobilis. Also, the type of megasporangium was anatropous in all the species except C. ambigua with campylotropous ovule.
The ecotoxicity test method using Undaria pinnatifida spore is challenging to use throughout the year. Since U. pinnatifida female gametophytes can be cultured in the laboratory, they can be used for ecotoxicity testing at any time. Changes in female gametophyte survival rate and relative growth rate in U. pinnatifida exposed to various environmental conditions were analyzed. The female gametophyte of U. pinnatifida was exposed to salinity (5~40 psu), temperature (5~30℃), pH (4~10), and light intensity (0~120 μmol photon m-2 s-1). Based on the highest average value, the survival rate of female gametophyte was highest at a temperature of 20℃, salinity 27.5 psu, pH 8, and light intensity 30 μmol photon m-2 s-1. And the relative growth rate was highest at a temperature of 15℃, salinity 35 psu, pH 9, and light intensity of 60 μmol photon m-2 s-1. As a result of this study, the method using the optimal conditions for the survival rate and relative growth rate is expected to be a practical test method that can complement the current method.
Reproductives structures of Pachymeniopsis elliptica (Holmes) Yamade (Rhodophyta, Grateloupiaceae) are investigated. In female gametophyte the carpogonial branch and auxiliary cell are produced in separate accessory branch system, the primary ampullar filament originated from mid-cortical layer. After fertilization, auxiliary cell joined with connecting filament becomes a fusion cell by fusing with several neighboring ampullar cells. The fusion cell produces a gonimoblast initial. It divides into gonimoblast cells, which later convert to carposporangia. In male gametophyte superficial cortical cells of vegetative filament produce two spermatangial mother cells which cut off up to three spermatangia respectively. Tetrasporangial initials are formed from the 6th to 12th cells of the cortical layer in tetrasporophyte, and divided cruciately to form tetrasporangium. Some of the sporangia are, however, divided zonately.
Park, Chung-Heon;Lee, Man-Sang;Namkoong, Seung-Bak;Yu, Hong-Seob;Park, Hee-Woon
Korean Journal of Medicinal Crop Science
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v.12
no.3
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pp.209-213
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2004
Ligusticum chuanxiong is receiving much attentions as one of the important medicinal crops with the increasement of the crude drug demands. This study was conducted to obtain the basic informations of breeding of Ligusticum chuanxiong. Embryological characteristics were examined to elucidate the process of male and female gametophytic development and fertilization. Meiosis and nucleus division of megaspore and microspore were proceeded normally. With regard to the formation of female gametophyte, only a half of female gametophyte developed to normal egg apparatus. While another 50% showed abnormal egg apparatus with poly-nuclei or non-nuclei ovule. The pollens developed from the micros pore were formed more than 90 % of normal pollen. It was difficult to observe fertilization because ovule tissue was very compact and cell was extremely tiny, but could be easely observed proembryo and embryo formation. Only 30 percent developed into proembryo and subsequently into embryo, and the others were degenerated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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