Tolerancja stresu suszy u mchu torfowca Sphagnum denticulatum Brid. (Sphagnaceae, Bryophyta) pochodzącego z siedlisk wodnych i lądowych
Loading...
Date
2020
Authors
Advisor
Editor
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Title alternative
Tolerance of desiccation stress in Sphagnum denticulatum Brid. (Sphagnaceae, Bryophyta) from aquatic and terrestrial habitats
Abstract
Celem pracy jest ocena biologicznych efektów wysuszania i rehydratacji u pięciu genotypów reprezentujących dwa ekotypy mchu torfowca Sphagnum denticulatum. Rośliny pochodzące ze stanowisk wodnych i lądowych zostały poddane wysuszaniu przez 72–96 godz. i rehydratacji przez 7–30 dni. Badana była odpowiedź komórki na poziomie struktury, fizjologii oraz ekspresji genów.
Co zaskakujące część roślin była zdolna do przetrwania silnego stresu i częściowego odtworzenia kontrolnych wartości badanych parametrów po rehydratacji. Odpowiedź roślin na stres była zależna od genotypu i ekotypu. U roślin wodnych w przeciwieństwie do części roślin lądowych nie doszło do odtworzenia prawidłowej ultrastruktury komórek (sub)merystematycznych po rehydratacji. Powrót parametrów fluorescencji chlorofilu i zawartości barwników fotosyntetycznych do wartości kontrolnych u rehydratowanych roślin był bardzo powolny. U wysuszanych roślin wodnych doszło do gwałtownych zmian w ekspresji genów, które nie były obserwowane u roślin lądowych. Zidentyfikowano kodony, które mogą być pod wpływem naturalnej selekcji.
Po raz pierwszy pokazano złożoną odpowiedź mchów torfowców na wysuszenie w kontekście ich zróżnicowania genotypowego i ekologicznego przy użyciu różnorodnych metod badawczych. Rośliny S. denticulatum wykazują różny stopień tolerancji na wysuszanie, co może wynikać ze zróżnicowanego stopnia plastyczności poszczególnych osobników lub ich lokalnej adaptacja do natywnych warunków środowiska. Czynnik genetyczny i środowiskowy powinny być brane pod uwagę przy planowaniu zabiegów ochronnych dla mchów torfowców.
This study has assessed the biological effects of desiccation and rehydration in five genotypes belonging to two ecotypes of peat moss Sphagnum denticulatum. Originating from aquatic and terrestrial sites, the plants were desiccated for 72–96 hours and rehydrated for 7–30 days. The cell response was studied at the structural, physiological, and gene expression levels. Surprisingly, parts of the plants were able to survive severe stress and partially recover the control values of the studied parameters after rehydration. The plants’ responses were genotype- and ecotype-specific. In aquatic plants, compared to in some terrestrial plants, the normal ultrastructure of (sub)meristematic cells was not restored after rehydration. The recovery of the chlorophyll fluorescence parameters and photosynthetic pigment content was very slow in rehydrated plants. In desiccated aquatic plants, there were rapid changes in the gene expression pattern that were not observed in the terrestrial plants. Codons that might be under the influence of natural selection were identified. For the first time, the complex response of peat mosses to desiccation in relation to their genotypic and ecological differentiation has been described using multiple research methods. The plants showed a differentiated level of tolerance to desiccation, which might be due to various levels of plasticity in particular individuals or a local adaptation to their native environmental conditions. When planning conservation strategies for peat mosses, genetic and environmental factors should be considered.
This study has assessed the biological effects of desiccation and rehydration in five genotypes belonging to two ecotypes of peat moss Sphagnum denticulatum. Originating from aquatic and terrestrial sites, the plants were desiccated for 72–96 hours and rehydrated for 7–30 days. The cell response was studied at the structural, physiological, and gene expression levels. Surprisingly, parts of the plants were able to survive severe stress and partially recover the control values of the studied parameters after rehydration. The plants’ responses were genotype- and ecotype-specific. In aquatic plants, compared to in some terrestrial plants, the normal ultrastructure of (sub)meristematic cells was not restored after rehydration. The recovery of the chlorophyll fluorescence parameters and photosynthetic pigment content was very slow in rehydrated plants. In desiccated aquatic plants, there were rapid changes in the gene expression pattern that were not observed in the terrestrial plants. Codons that might be under the influence of natural selection were identified. For the first time, the complex response of peat mosses to desiccation in relation to their genotypic and ecological differentiation has been described using multiple research methods. The plants showed a differentiated level of tolerance to desiccation, which might be due to various levels of plasticity in particular individuals or a local adaptation to their native environmental conditions. When planning conservation strategies for peat mosses, genetic and environmental factors should be considered.
Description
Wydział Biologii
Sponsor
Badania finansowane przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego w ramach
grantu Diamentowy Grant nr DI2012 005742 oraz przez Narodowe Centrum Nauki
w ramach grantu Preludium nr 2015/17/N/NZ8/01578.
Keywords
Sphagnum denticulatum, wysuszanie, desiccation, ultrastruktura komórki, cell ultrastructure, fluorescencja chlorofilu, chlorophyll fluorescence, ekspresja genów, gene expression