Desiccation Tolerance in Chlorophyllous Fern Spores: Are Ecophysiological Features Related to Environmental Conditions?

تحمل التجفاف في أبواغ السرخسيات الكلوروفيلية: هل ترتبط الخصائص الفسيولوجية البيئية بالظروف البيئية؟

Clicks: 416
ID: 63821
2019
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Readership in this journal
Steady

Ranked #25 of 187 articles by views in Frontiers in plant science

Most read Least read

Bar heights use a square-root scale. Only the 120 most-read articles are drawn; the journal has 187 in total.

Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Sign in to mint
Abstract
Fern spores of most species are desiccation tolerant (DT) and, in some cases, are photosynthetic at maturation, the so-called chlorophyllous spores (CS). The lifespan of CS in the dry state is very variable among species. The physiological, biochemical, and biophysical mechanisms underpinning this variability remain understudied and their interpretation from an ecophysiological approach virtually unexplored. In this study, we aimed at fulfilling this gap by assessing photochemical, hydric, and biophysical properties of CS from three temperate species with contrasting biological strategies and longevity in the dry state: (spore maturation and release in spring, ultrashort lifespan), (spore maturation and release in summer, medium lifespan), (spore maturation and release in winter, medium-long lifespan). After subjection of CS to controlled drying treatments, results showed that the three species displayed different extents of DT. CS of rapidly lost viability after desiccation, while the other two withstood several dehydration-rehydration cycles without compromising viability. The extent of DT was in concordance with water availability in the sporulation season of each species. CS of and carried out the characteristic quenching of chlorophyll fluorescence, widely displayed by other DT cryptogams during drying, and had higher tocopherol and proline contents. The turgor loss point of CS is also related to the extent of DT and to the sporulation season: lowest values were found in CS of and . The hydrophobicity of spores in these two species was higher and probably related to the prevention of water absorption under unfavorable conditions. Molecular mobility, estimated by dynamic mechanical thermal analysis, confirmed an unstable glassy state in the spores of , directly related to the low DT, while the DT species entered in a stable glassy state when dried. Overall, our data revealed a DT syndrome related to the season of sporulation that was characterized by higher photoprotective potential, specific hydric properties, and lower molecular mobility in the dry state. Being unicellular haploid structures, CS represent not only a challenge for germplasm preservation (e.g., as these spores are prone to photooxidation) but also an excellent opportunity for studying mechanisms of DT in photosynthetic cells.
تتميز أبواغ معظم أنواع السرخسيات بقدرتها على تحمل الجفاف (DT)، وتكون في بعض الحالات قادرة على التمثيل الضوئي عند النضج، وهي ما يُعرف بالأبواغ الكلوروفيلية (CS). ويتباين العمر الافتراضي للأبواغ الكلوروفيلية في حالتها الجافة تبايناً كبيراً بين الأنواع. ولا تزال الآليات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية والفيزيائية الحيوية الكامنة وراء هذا التباين غير مدروسة بالقدر الكافي، كما يظل تفسيرها استناداً إلى نهج فسيولوجي بيئي غير مستكشف تقريباً. هدفت هذه الدراسة إلى سد هذه الفجوة من خلال تقييم الخصائص الكيميائية الضوئية، والمائية، والفيزيائية الحيوية للأبواغ الكلوروفيلية لثلاثة أنواع معتدلة ذات استراتيجيات حيوية متباينة ومدد بقاء متفاوتة في الحالة الجافة: (نضج الأبواغ وتحررها في الربيع، عمر افتراضي قصير جداً)، (نضج الأبواغ وتحررها في الصيف، عمر افتراضي متوسط)، (نضج الأبواغ وتحررها في الشتاء، عمر افتراضي متوسط إلى طويل). وبعد إخضاع الأبواغ الكلوروفيلية لمعاملات تجفيف مضبوطة، أظهرت النتائج أن الأنواع الثلاثة أبدت درجات متفاوتة من تحمل الجفاف؛ إذ فقدت الأبواغ الكلوروفيلية لـ حيويتها سريعاً بعد الجفاف، في حين تحمّل النوعان الآخران دورات متعددة من الجفاف وإعادة الترطيب دون التأثير على حيويتهما. وتوافقت درجة تحمل الجفاف مع مدى توافر الماء في موسم التبوغ لكل نوع. وأظهرت الأبواغ الكلوروفيلية لـ و الإخماد المميّز لفلورة الكلوروفيل، وهو ما تبديه نباتات خفية الإلقاح الأخرى المتحملة للجفاف على نطاق واسع أثناء الجفاف، كما احتوت على مستويات أعلى من التوكوفيرول والبرولين. وارتبطت نقطة فقدان الامتلاء للأبواغ الكلوروفيلية أيضاً بدرجة تحمل الجفاف وبموسم التبوغ: حيث وُجدت أدنى القيم في الأبواغ الكلوروفيلية لـ و . وكانت كراهية الماء لأبواغ هذين النوعين أعلى، ورُبما ارتبط ذلك بمنع امتصاص الماء في ظل الظروف غير المواتية. وأكدت الحركية الجزيئية، التي قُدِّرت بواسطة التحليل الميكانيكي الحراري الديناميكي، وجود حالة زجاجية غير مستقرة في أبواغ ، ترتبط مباشرة بانخفاض تحملها للجفاف، بينما دخل النوعان المتحملان للجفاف في حالة زجاجية مستقرة عند تجفيفهما. وبوجه عام، كشفت بياناتنا عن متلازمة تحمل جفاف مرتبطة بموسم التبوغ اتسمت بقدرة أعلى على الحماية الضوئية، وخصائص مائية محددة، وحركية جزيئية أقل في الحالة الجافة. وباعتبارها تراكيب أحادية الصيغة الصبغية ووحيدة الخلية، لا تمثل الأبواغ الكلوروفيلية تحدياً لحفظ الأصول الوراثية فحسب (نظراً لقابلية هذه الأبواغ العالية للتأكسد الضوئي على سبيل المثال)، بل تمثل أيضاً فرصة ممتازة لدراسة آليات تحمل الجفاف في الخلايا القادرة على التمثيل الضوئي.
Reference Key
lpezpozo2019desiccationfrontiers Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors López-Pozo, Marina;Ballesteros, Daniel;Laza, José Manuel;García-Plazaola, José Ignacio;Fernández-Marín, Beatriz;
Journal Frontiers in plant science
Year 2019
DOI
10.3389/fpls.2019.01130
URL
Keywords
desiccation tolerance dynamic mechanical analysis environmental conditions water relations glassy state green spores molecular mobility tocopherol

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

Comments

No comments yet. Be the first to comment on this article.