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26: Semillas - Biología

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26: Semillas de plantas

Plantas acuáticas | Biología Vegetal | SIU

Aunque todas las plantas requieren algo de agua para vivir, algunas pueden tolerar o incluso requerir agua líquida durante toda su vida. & # 160 Muy pocos embriofitos (plantas terrestres) pueden tolerar el agua salada, una excepción son los pastos marinos (Zostera). & # 160La mayoría de los acuáticos ocurren en ambientes de agua dulce. & # 160 Estas plantas se pueden clasificar en tres categorías generales según su hábito general:

  • Emergentes. & # 160Plantas con algunas partes parcialmente sumergidas en agua, las otras partes creciendo en el aire por encima del agua.
  • Sumergibles. Plantas con todas las partes totalmente sumergidas. & # 160
  • Flotante. & # 160Plantas que flotan & # 160la superficie del agua, no enraizadas.

Hay muchas plantas acuáticas nativas y no nativas que podrían enumerarse aquí, pero consideraremos solo las que se ven comúnmente en cultivo y las que realmente tenemos en el invernadero SIU.

Emergentes

    . & # 160La especie nativa de & # 160Sweet Flag se ha utilizado para hacer dulces con su rizoma. & # 160Esta especie (variedad abigarrada) es puramente ornamental.
  • Cyperus. & # 160 La especie más común es & # 160C. alternifolius, el Paraguas Juncia. & # 160 Esta especie es similar a & # 160C. papiro, famoso por ser la fuente del material de escritura papiro. & # 160 & # 160Aunque estas plantas se pueden cultivar en una maceta normal, a muchas & # 160especies de Pennywort les gusta mojarse los pies. & # 160Las plantas crecen por medio de un rizoma con las hojas peltadas que ocurren en varios intervalos. & # 160. & # 160Esta especie (y otras & # 160Juncus & # 160 también) se han convertido en plantas populares para el paisajismo, especialmente en piscinas al aire libre. & # 160Algunas variedades tienen hojas rectas, mientras que otras están retorcidas (retorcidas). & # 160 & # 160 Helecho de agua, trébol de cuatro hojas. & # 160A primera vista, esta planta parece un trébol de cuatro hojas (una leguminosa), pero de hecho es un helecho. . Las milfoil de agua tienen hojas muy disecadas que se encuentran sumergidas, pero los tallos también pueden producir porciones aéreas cuyas hojas se ven muy diferentes (heterófilos). & # 160Las flores y frutos nacen en las porciones aéreas. Las especies son notoriamente difíciles de distinguir. . & # 160Se cultivan varias especies, como & # 160S. montevidensis.

Sumergentes

    . & # 160The Water Sprite es otro helecho acuático. Esta especie es un organismo modelo de investigación valioso porque se puede cultivar fácilmente. . & # 160Esta popular planta de acuario (también llamada & # 160Anacharis & # 160Egeria, alga acuática brasileña) tiene sus tallos y hojas totalmente sumergidos, pero el tallo en flor se extiende hasta & # 160 la superficie del agua donde se produce la flor. . & # 160Los Quilworts se clasifican como lycophytes, un clado de ramificación temprano a menudo aliado con los helechos. & # 160Muchas especies son emergentes en la naturaleza, pero extrañamente no se oponen a que se cultiven como sumergentes. & # 160

Flotante

    . & # 160Estos helechos flotantes a veces se llaman Terciopelo de agua. & # 160Las hojas son ramificadas, a menudo irradian desde un solo punto. & # 160 Curiosamente, estas hojas a menudo mantienen un compañero simbiótico: una cianobacteria. Debido a que la bacteria puede fijar el nitrógeno atmosférico, las plantas a menudo se plantan a propósito en los arrozales de Asia para fertilizar naturalmente el campo. Sin embargo, enormes esteras pueden competir con otras plantas y animales acuáticos nativos al bloquear la luz solar y reducir la disponibilidad de oxígeno. & # 160 También bloquean las bombas de riego y, a veces, causan la muerte (por ahogamiento) al ganado que confunde las esteras Azolla con tierra. . Consulte la página web & # 160AQUÍ & # 160 para obtener más información sobre el control de esta planta. . & # 160El jacinto de agua es un ejemplo de algo demasiado bueno. & # 160Originalmente de América del Sur, la planta fue llevada a una exhibición de flores en Florida, donde escapó de un estanque en el patio trasero. & # 160El resto es historia. & # 160La planta ahora obstruye numerosos cursos de agua en Florida (y también en otras partes del mundo) donde se gastan millones o dólares en control. & # 160La planta flota gracias a sus pecíolos esponjosos y llenos de aire. & # 160Una densa masa de raíces cuelga en el agua debajo de la planta. Los tallos en flor son aéreos y producen hermosas flores azules. & # 160. & # 160Las pantanosas son componentes omnipresentes de cualquier estanque o lago de agua dulce, y son dispersadas por las aves acuáticas. & # 160 El "talo" flotante de la planta es diminuto, a veces con una raíz que sobresale hacia abajo en el agua. & # 160Otros parientes acuáticos en la familia incluyen & # 160Spirodela, & # 160Wolffia & # 160 y & # 160Wolffiella. . & # 160Este miembro de la familia arum, llamado Water Lettuce, es originario del lago Victoria en África. & # 160Se ha introducido en muchos entornos de agua dulce en todo el mundo y puede volverse bastante invasivo. & # 160Al igual que con & # 160Salvinia, sus hojas son flotantes debido a una densa capa de pelos. . & # 160El musgo flotante (¡no un musgo!) Es en realidad otro helecho, como Azolla. & # 160Sus hojas son de forma redonda y están cubiertas en la superficie superior con pelos increíblemente altos (tricomas) que se ramifican en la punta. & # 160Estos atrapan eficazmente el aire haciendo que las hojas sean muy flotantes. & # 160

Plantas de acuario

Varias plantas diferentes se venden comercialmente para su uso en acuarios. Algunos de estos son verdaderos acuáticos y otros son simplemente plantas que se pueden cultivar como acuáticos, incluso si generalmente no se ven de esta manera en la naturaleza. & # 160

    & # 160madagascariensis. & # 160Aponogetonaceae. Planta de encaje de Madagascar
  • Anubias barteri. & # 160 Araceas. Anubius.
  • Anubias congensis & # 160 (= & # 160A. Afzelii). Anubius.
  • Anubias hastaefolia. & # 160 Anubius, Hastate Leaf.
  • Anubias nana. Anubius, enano. . & # 160 & # 160Plantaginaceae. Moneywort. . Cabombaceae. Cabomba. . Ceratophyllaceae. Hornwort.
  • Cryptocoryne crispatula. Araceae. Planta Balansae.
  • Cryptocoryne spiralis. & # 160Spiralis.
  • Cryptocoryne wendtii. Cryptocoryne.
  • Echinodorus amazonicus. Alismataceae. Planta de espada amazónica. & # 160 & # 160Radican Sword, Reina de Mármol.
  • Echinodorus martii. & # 160 Planta de volantes. . & # 160 Espada Melón.
  • Echinodorus tenellus. Hoja angosta de espada en cadena. . & # 160Cyperaceae. Hairgrass enano. & # 160angustifolia. & # 160Acanthaceae. Templo, hoja angosta.
  • Hygrophila corymbosa. Templo, Corymbose.
  • Hygrophila difformis. Wisteria. & # 160novae-zelandiae. & # 160Apiaceae. Micro espada. & # 160glandulosa. & # 160Onagraceae. Ludwigia Peruenis.
  • Ludwigia inclinata. & # 160 Ludwigia Inclinata.
  • Ludwigia repens. Ludwigia, amplia. & # 160pteropus. & # 160Polypodiaceae. Helecho de Java. & # 160heterophyllum. Haloragaceae. Myrio-Red.
  • Myriophyllum pinnatum. & # 160Myrio-Green & # 160aquatica. Menyanthaceae. Planta de banano. & # 160indica. Lythraceae. Rotala Indica.
  • Rotala macranda. & # 160 Rotala Magenta. & # 160platyphylla. Alismataceae. Punta de flecha, Flatleaf.
  • Sagittaria subulata. & # 160 Sagittaria enana. & # 160tasson. Araceae. Espada brasileña. . Hydrocharitaceae. Sacacorchos Vallisneria.

Plantas carnívoras | Biología Vegetal | SIU

Algunas de las plantas más inusuales y curiosas del planeta son las que literalmente "cambian las tornas" de sus depredadores animales. Estas plantas atraen, capturan y absorben nutrientes de los animales, por eso se les llama "carnívoros". & # 160Se cree que este modo trófico (alimentación) ha evolucionado en respuesta a las malas condiciones de crecimiento, específicamente a los suelos que carecen de nitrógeno. & # 160Estudios evolutivos han demostrado que las plantas carnívoras evolucionaron al menos siete veces en familias separadas e independientes: Droseraceae, Drosophyllaceae, Biblidaceae, Nepenthaceae, Cephalotaceae, Sarraceniaceae y Lentibulariaceae. & # 160 También hay algunas familias que contienen plantas consideradas carnívoras "limítrofes", como Stylidiaceae, Roridulaceae, Martyniaceae, Bromeliaceae y Eriocaulaceae. & # 160Un buen tratamiento de las plantas carnívoras se puede encontrar en & # 160Wikipedia.

Las plantas carnívoras se pueden agrupar según la taxonomía o el tipo de mecanismo de captura que utilizan. & # 160Las trampas incluyen trampas, papel para moscas, broche, vejiga y tipos de olla para langosta. & # 160 A los efectos de esta página web, las plantas se ordenarán taxonómicamente.

Droseraceae

  • Aldrovanda. & # 160Relaciones con & # 160Dionaea & # 160 y & # 160Drosera & # 160 algo confuso. Tiene un mecanismo de trampa a presión. & # 160Muchas especies conocidas por el registro fósil. . & # 160 Atrapamoscas de Venus. Una especie de este género del este de Estados Unidos. & # 160In PLB Greenhouse & # 160Sundews. Un género con más de 190 especies y una distribución mundial. & # 160 & # 160.Utilizan un mecanismo de papel matamoscas de pelos glandulares que secretan un mucílago pegajoso que captura a los invertebrados. Las hojas sufren movimientos que también atrapan a la víctima. & # 160In PLB Greenhouse

Drosophyllaceae

  • Drosophyllum lusitanicum. & # 160 Drosera portuguesa o pino cubierto de rocío. Solo una especie en esta familia. Anteriormente considerada parte de Droseraceae, la evidencia molecular indica que tiene un origen evolutivo separado.

Biblidaceae

    & # 160 & # 160 Plantas arcoíris. Un género de unas siete especies, todas de Australia. & # 160Se clasifica en el orden Lamiales y captura invertebrados mediante trampas pasivas de papel para moscas.

Nepenthaceae

    & # 160Plantas de jarra tropicales o vasos de mono. Un género de ca. 130 especies de los trópicos del Viejo Mundo. & # 160En invernadero PLB

Cephalotaceae

  • Cephalotus follicularis. Planta Jarra de Albany. & # 160 Esta familia contiene solo un género y una especie. Estas plantas australianas se clasifican en Oxalidales. Representan la tercera evolución independiente de trampas de caída (jarras) en plantas con flores.

Sarraceniaceae

    . El Lirio Cobra. Género de una especie endémica del norte de California y Oregón. & # 160
  • Heliamphora. & # 160Los cántaros del sol o del pantano. Un género de 18 especies endémicas de América del Sur. & # 160 & # 160 The North American Trompet Pitchers. Género de 8-11 especies de América del Norte. & # 160En invernadero PLB.

Lentibulariaceae

  • Genlisea. & # 160 Planta de sacacorchos. Un género de ca. 20 especies que se encuentran en América Central y del Sur, así como en África. & # 160Utilizan hojas subterráneas para atraer, atrapar y digerir a sus presas, que en su mayoría son protozoos. Aunque Darwin lo sospecha, la carnivoría en este género no fue probada hasta 1998. & # 160Butterworts. Un género de ca. 80 especies que se encuentran en América del Norte y del Sur, Europa y Asia. Capturan a sus presas mediante un mecanismo pasivo de papel para moscas. & # 160In PLB Greenhouse & # 160Bladderworts. & # 160Un género de más de 200 especies distribuidas en todo el mundo. & # 160Estas plantas pueden ser terrestres o acuáticas y utilizan un mecanismo de captura increíblemente especializado que involucra las vejigas. & # 160 La vejiga está bajo presión negativa (vacío) y se activa cuando la presa estimula protuberancias similares a cerdas.

Sitios web

La Planta Carnívora FAO. & # 160cortesía de & # 160La Sociedad Internacional de Plantas Carnívoras.

Plantas carnívoras / plantas insectívoras. & # 160 Del sitio web de la Botanical Society of America.


Fundación Nacional de Ciencias - Donde comienzan los descubrimientos

El enfoque incluye la investigación basada en el genoma en plantas de valor económico y el desarrollo de herramientas novedosas.


El Programa de Investigación del Genoma Vegetal de NSF financia estudios sobre plantas económicamente importantes.

11 de octubre de 2007

Este material está disponible principalmente para fines de archivo. Los números de teléfono u otra información de contacto pueden estar desactualizados. Consulte la información de contacto actual en los contactos de los medios.

La National Science Foundation (NSF) ha otorgado 26 nuevos premios por un total de $ 85,8 millones durante el décimo año de su Programa de Investigación del Genoma Vegetal (PGRP).

Estos premios, que cubren de dos a cinco años y oscilan entre $ 400.000 y $ 7,9 millones, apoyan la investigación y el desarrollo de herramientas para un mayor conocimiento de la estructura y función del genoma. También aumentarán la comprensión de la función de los genes y las interacciones entre los genomas y el medio ambiente en plantas de cultivo económicamente vitales como el maíz, el arroz y el algodón.

"Los biólogos de plantas continúan explotando las herramientas genómicas y los recursos de secuenciación de formas nuevas e innovadoras", dijo James Collins, subdirector de ciencias biológicas de la NSF. “Es emocionante ver investigaciones en las que participan biólogos y matemáticos, informáticos e ingenieros, todos trabajando para abordar las principales preguntas sin respuesta en biología vegetal. Estos últimos proyectos también tendrán un impacto significativo en la forma en que capacitamos a la próxima generación de científicos de plantas para que lleven a cabo investigaciones a la vanguardia de las ciencias biológicas ''.

Los nuevos premios, otorgados a 45 instituciones en 28 estados, incluyen grupos internacionales de científicos de Asia, Australia y Europa.

Los ganadores por primera vez de los premios PGRP incluyen la Universidad de Auburn, el Instituto de Cáncer Dana-Farber, SUNY Stony Brook, la Universidad de Alaska Fairbanks, la Universidad de Toledo y la Universidad de Virginia.

La gran cantidad de herramientas genómicas y recursos de secuencia desarrollados durante los últimos diez años del PGRP han abierto nuevos y emocionantes enfoques comparativos en biología vegetal. Los investigadores del PGRP continúan descubriendo redes de genes que regulan el desarrollo y el crecimiento de las plantas junto con las señales ambientales, como la temperatura, la luz, las enfermedades y las plagas.

  • Investigadores de la Universidad de Alaska, Fairbanks, están utilizando el álamo para desarrollar herramientas de genética de poblaciones para identificar genes involucrados en la variación fenotípica en el brote, un rasgo adaptativo crítico para la tolerancia al frío y la tasa de crecimiento. Este proyecto cuenta con el apoyo en parte de la Oficina de Programas Polares de la NSF e incluye colaboraciones con científicos de Canadá y Suecia.
  • Un proyecto dirigido por la Universidad Estatal de Michigan está utilizando una combinación de recursos de computación y genómica funcional para aprender más sobre las redes reguladoras de baja temperatura y los factores involucrados con la tolerancia a la congelación en el tomate y la papa.
  • La Universidad Estatal de Washington lidera un proyecto que utiliza genómica bioquímica para revelar componentes de las vías de biosíntesis necesarias para producir nuevos ácidos grasos en semillas oleaginosas. Las plantas son productores naturales de ácidos grasos no saturados.
  • Un proyecto liderado por Alabama A & ampM University está trabajando para identificar redes de genes reguladores responsables de cambios en la expresión génica en respuesta a la infección por nematodos en plantas de algodón.

El PGRP también continúa apoyando el desarrollo de herramientas que permitan a los investigadores lograr avances en la comprensión de la estructura y función de plantas económicamente importantes, desde el nivel genético hasta la planta completa.

  • Un equipo multidisciplinario de investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison desarrollará tecnología de vanguardia utilizando cámaras, robótica y herramientas computacionales para permitir un análisis de alto rendimiento de rasgos en poblaciones de plantas mutantes o que varían naturalmente.
  • Un proyecto dirigido por el Instituto del Cáncer Dana-Farber está utilizando Arabidopsis y recursos genómicos del arroz para producir un "interactoma" vegetal, un mapa de todas las interacciones proteína-proteína. Este mapa proporcionará a los científicos predicciones comprobables de cómo interactúan los genes y las proteínas que codifican para llevar a cabo funciones complejas dentro de una célula vegetal.

El PGRP, que se estableció en 1998 como parte de la Iniciativa Nacional del Genoma Vegetal coordinada por el Grupo de Trabajo Interagencial sobre Genomas Vegetales del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, tiene el objetivo a largo plazo de avanzar en la comprensión de la estructura y función de los genomas. de plantas de importancia económica.


Biología de sistemas vegetales internacionales

Este Taller EMBO sobre Biología de Sistemas Vegetales (iPSB) es la reunión central de investigadores de biología de sistemas vegetales de todo el mundo. El cambio climático plantea desafíos únicos sobre cómo alimentar y potenciar a la humanidad sin degradar aún más el medio ambiente. Por lo tanto, la ciencia vegetal es una disciplina clave para enfrentar el desafío de adaptar la producción de alimentos y energía y la sociedad a las consecuencias del cambio climático. Para comprender las relaciones complejas genotipo-fenotipo, los enfoques de la biología de sistemas, es decir, la ómica global y el modelado cuantitativo, deben complementar la genética clásica y la biología celular. Aprovechando el éxito del primer iPSB en Roscoff en 2018 y teniendo que posponer nuestros planes para Venecia, Italia, en septiembre de 2020, ahora estamos encantados de poder ofrecer el segundo iPSB de forma virtual. Habrá charlas invitadas, charlas seleccionadas de entregas de resúmenes, una sesión de carteles en línea y tiempo para establecer contactos en mesas virtuales.

Dado que la biología de sistemas tiene muchas facetas, es importante reunir a investigadores que adopten una variedad de enfoques, con el fin de combinar estas direcciones hacia una comprensión más profunda de los sistemas biológicos. Cada una de nuestras seis sesiones de taller es accesible para los no expertos para garantizar la fertilización cruzada, ya que existen vínculos fuertes, pero aún no plenamente realizados, entre los investigadores a través de la biología de sistemas. En particular, alentamos las solicitudes de los investigadores de carrera temprana y el tamaño de la reunión ofrece una gran oportunidad de interacción, construyendo un futuro para esta apasionante disciplina. Aproximadamente la mitad de las presentaciones orales se seleccionarán a partir de resúmenes.

  • Sesión 1 - Redes reguladoras de genes
  • Sesión 2 - Redes metabólicas
  • Sesión 3 - Biología sintética
  • Sesión 4 - De la genómica unicelular al modelado de tejidos
  • Sesión 5 - Redes y sistemas evolutivos
  • Sesión 6 - Genómica de sistemas integradores

132 Evolución de las plantas de semillas

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Describir las dos principales innovaciones que permitieron que las plantas con semillas se reprodujeran en ausencia de agua.
  • Explica cuándo aparecieron las plantas con semillas y cuándo las gimnospermas se convirtieron en el grupo de plantas dominante.
  • Discutir el propósito de los granos y semillas de polen.
  • Describir el significado de las angiospermas que producen flores y frutos.

Las primeras plantas que colonizaron la tierra probablemente estaban relacionadas con los antepasados ​​de los musgos modernos (briófitas), que se cree que aparecieron hace unos 500 millones de años. Les siguieron las hepáticas (también briofitas) y las plantas vasculares primitivas, las pterofitas, de las que descienden los helechos modernos. El ciclo de vida de las briofitas y pterofitas se caracteriza por la alternancia de generaciones, que también se exhibe en las gimnospermas y angiospermas. Sin embargo, lo que diferencia a las briofitas y pterofitas de las gimnospermas y angiospermas es su requerimiento reproductivo de agua. La finalización del ciclo de vida de las briofitas y pterofitas requiere agua porque el gametofito masculino libera esperma flagelado, que debe nadar para alcanzar y fertilizar el gameto o huevo femenino. Después de la fertilización, el cigoto sufre una división celular y se convierte en un esporofito diploide, que a su vez formarán esporangios o "vasos de esporas". En los esporangios, las células madre se someten a meiosis y producen las esporas haploides. La liberación de esporas en un ambiente adecuado conducirá a la germinación y a una nueva generación de gametofitos.

En las plantas con semillas, la tendencia evolutiva condujo a una generación de esporofito dominante acompañada de una reducción correspondiente en el tamaño del gametofito de una estructura conspicua a un grupo microscópico de células encerradas en los tejidos del esporofito. Mientras que las plantas vasculares inferiores, como los musgos y los helechos, son en su mayoría homosporoso (que producen solo un tipo de espora), todas las plantas con semillas o espermatofitos son heterosporoso, produciendo dos tipos de esporas: megaesporas (hembra) y microsporas (macho). Las megaesporas se convierten en gametofitos femeninos que producen óvulos y las microsporas maduran en gametofitos masculinos que generan espermatozoides. Debido a que los gametofitos maduran dentro de las esporas, no son de vida libre, como lo son los gametofitos de otras plantas vasculares sin semillas.

Plantas ancestrales heterosporosas sin semillas, representadas por plantas modernas como el musgo de espiga Selaginella, son vistos como los precursores evolutivos de las plantas con semillas. En el ciclo de vida de Selaginella, los esporangios masculinos y femeninos se desarrollan dentro del mismo estróbilo en forma de tallo. En cada esporangio masculino, se producen múltiples microesporas por meiosis. Cada microespora produce una pequeña anteridia contenida dentro de un estuche de esporas. A medida que se desarrolla, se libera del estróbilo y se producen varios espermatozoides flagelados que luego abandonan la caja de esporas. En el esporangio femenino, una sola célula madre de megasporas se somete a meiosis para producir cuatro megasporas. Dentro de cada megaespora se desarrollan gametofitos, que consisten en una masa de tejido que luego nutrirá al embrión y unas pocas arquegonias. El gametofito femenino puede permanecer dentro de los remanentes de la pared de esporas en el megasporangio hasta que se produce la fertilización y el embrión comienza a desarrollarse. Esta combinación de un embrión y células nutricionales es un poco diferente de la organización de una semilla, ya que el nutritivo endosperma en una semilla se forma a partir de una sola célula en lugar de múltiples células.

Tanto las semillas como el polen distinguen las plantas con semillas de las plantas vasculares sin semillas. Estas estructuras innovadoras permitieron a las plantas de semillas reducir o eliminar su dependencia del agua para la fertilización de gametos y el desarrollo del embrión, y conquistar la tierra firme. Los granos de polen son gametofitos masculinos, que contienen los espermatozoides (gametos) de la planta. El pequeño haploide (1norte) las células están revestidas con una capa protectora que evita la desecación (secado) y los daños mecánicos. Los granos de polen pueden viajar lejos de su esporofito original, diseminando los genes de la planta. Las semillas ofrecen al embrión protección, nutrición y un mecanismo para mantener la latencia durante decenas o incluso miles de años, asegurando que la germinación pueda ocurrir cuando las condiciones de crecimiento son óptimas. Por lo tanto, las semillas permiten que las plantas dispersen a la próxima generación a través del espacio y el tiempo. Con tales ventajas evolutivas, las plantas con semillas se han convertido en el grupo de plantas más exitoso y familiar.

Ambas adaptaciones expandieron la colonización de la tierra iniciada por las briófitas y sus antepasados. Los fósiles sitúan las primeras plantas de semillas distintas hace unos 350 millones de años. El primer registro confiable de gimnospermas data de su aparición en el período de Pensilvania, hace unos 319 millones de años ((Figura)). Las gimnospermas fueron precedidas por progymnosperms, las primeras plantas con semillas desnudas, que surgieron hace unos 380 millones de años. Progymnospermas eran un grupo de plantas de transición que se parecían superficialmente a las coníferas (portadores de conos) porque producían madera a partir del crecimiento secundario de los tejidos vasculares; sin embargo, todavía se reproducían como helechos, liberando esporas al medio ambiente. Al menos algunas especies eran heterosporosas. Progymnosperms, como el extinto Archaeopteris (no confundir con el pájaro antiguo Arqueoptérix), dominó los bosques del período Devónico tardío. Sin embargo, en la era mesozoica temprana (Triásico, c. 240 MYA) y media (Jurásico, c. 205 MYA), el paisaje estaba dominado por las verdaderas gimnospermas. Las angiospermas superaron a las gimnospermas a mediados del Cretácico (c. 100 MYA) a finales de la era Mesozoica, y hoy en día son el grupo de plantas más abundante y biológicamente diverso en la mayoría de los biomas terrestres.


Evolución de las gimnospermas

La planta fósil Elkinsia polymorpha, un & # 8220 helecho de semillas & # 8221 del período Devónico, hace unos 400 millones de años, se considera la planta de semillas más antigua conocida hasta la fecha. Los helechos semilleros ((Figura)) producían sus semillas a lo largo de sus ramas, en estructuras llamadas cúpulas que encerraban y protegían el óvulo — el gametofito femenino y los tejidos asociados — que se convierte en una semilla tras la fertilización. Las plantas de semillas que se asemejan a los helechos arborescentes modernos se volvieron más numerosas y diversas en los pantanos de carbón del período Carbonífero.


Los registros fósiles indican que las primeras gimnospermas (progymnosperms) probablemente se originaron en la era Paleozoica, durante el período Devónico medio: hace unos 390 millones de años. Los períodos anteriores de Mississippian y Pennsylvania, fueron húmedos y dominados por helechos gigantes. Pero el siguiente período Pérmico fue seco, lo que dio una ventaja reproductiva a las plantas con semillas, que están mejor adaptadas para sobrevivir a períodos secos. Las Ginkgoales, un grupo de gimnospermas con una sola especie sobreviviente: la Ginkgo biloba-fueron las primeras gimnospermas que aparecieron durante el Jurásico inferior. Las gimnospermas se expandieron en la era Mesozoica (hace unos 240 millones de años), suplantando a los helechos en el paisaje y alcanzando su mayor diversidad durante este tiempo. El período Jurásico fue tanto la edad de las cícadas (gimnospermas parecidas a palmeras) como la edad de los dinosaurios. Ginkgoales y las coníferas más familiares también salpican el paisaje. Aunque las angiospermas (plantas con flores) son la forma principal de vida vegetal en la mayoría de los biomas, las gimnospermas todavía dominan algunos ecosistemas, como la taiga (bosques boreales) y los bosques alpinos en las elevaciones montañosas más altas ((Figura)) debido a su adaptación al frío. y condiciones de crecimiento seco.


Semillas y polen como adaptación evolutiva a la tierra seca

Las esporas de helecho y briófito son células haploides que dependen de la humedad para el rápido desarrollo de gametofitos multicelulares. En las plantas con semillas, el gametofito femenino consta de unas pocas células: el óvulo y algunas células de apoyo, incluida la célula productora de endospermo que apoyará el crecimiento del embrión. Después de la fertilización del óvulo, el cigoto diploide produce un embrión que se convertirá en el esporofito cuando la semilla germine. El tejido de almacenamiento para sostener el crecimiento del embrión y una capa protectora dan a las semillas su ventaja evolutiva superior. Varias capas de tejido endurecido evitan la desecación y liberan al embrión de la necesidad de un suministro constante de agua. Además, las semillas permanecen en estado de latencia, inducidas por la desecación y la hormona ácido abscísico—Hasta que las condiciones para el crecimiento se vuelvan favorables. Ya sean arrastradas por el viento, flotando en el agua o arrastradas por los animales, las semillas se esparcen en un rango geográfico en expansión, evitando así la competencia con la planta madre.

Los granos de polen ((Figura)) son gametofitos masculinos que contienen solo unas pocas células y se distribuyen por el viento, el agua o un animal polinizador. Toda la estructura está protegida de la desecación y puede llegar a los órganos femeninos sin depender del agua. Después de alcanzar un gametofito femenino, el grano de polen forma un tubo que entregará un núcleo masculino al óvulo. Los espermatozoides de las gimnospermas modernas y todas las angiospermas carecen de flagelos, pero en las cícadas, Gingkoy otras gimnospermas primitivas, los espermatozoides todavía son móviles y usan flagelos para nadar hasta el gameto femenino; sin embargo, se entregan al gametofito femenino encerrado en un grano de polen. El polen crece o se lleva a una cámara de fertilización, donde los espermatozoides móviles se liberan y nadan una corta distancia hasta un óvulo.


Evolución de las angiospermas

Los aproximadamente 200 millones de años entre la aparición de las gimnospermas y las plantas con flores nos dan cierta apreciación de la experimentación evolutiva que finalmente produjo flores y frutos. Las angiospermas ("semilla en un recipiente") producen una flor que contiene estructuras reproductivas masculinas y / o femeninas. La evidencia fósil ((Figura)) indica que las plantas con flores aparecieron por primera vez hace unos 125 millones de años en el Cretácico Inferior (a finales de la era Mesozoica), y se diversificaron rápidamente hace unos 100 millones de años en el Cretácico Medio. Los rastros anteriores de angiospermas son escasos. El polen fosilizado recuperado de material geológico jurásico se ha atribuido a las angiospermas. Algunas rocas del Cretácico temprano muestran huellas claras de hojas que se asemejan a las de las angiospermas. A mediados del Cretácico, un número asombroso de diversas plantas con flores abarrotan el registro fósil. El mismo período geológico también está marcado por la aparición de muchos grupos modernos de insectos, lo que sugiere que los insectos polinizadores desempeñaron un papel clave en la evolución de las plantas con flores.

Nuevos datos en genómica comparada y paleobotánica (el estudio de plantas antiguas) han arrojado algo de luz sobre la evolución de las angiospermas. Aunque las angiospermas aparecieron después de las gimnospermas, es probable que no se deriven de los antepasados ​​de las gimnospermas. En cambio, las angiospermas forman un clado hermano (una especie y sus descendientes) que se desarrolló en paralelo con las gimnospermas. Las dos estructuras innovadoras de flores y frutos representan una estrategia reproductiva mejorada que sirvió para proteger el embrión, al tiempo que aumenta la variabilidad genética y el rango. Actualmente no existe un consenso sobre el origen de las angiospermas. Los paleobotánicos debaten si las angiospermas evolucionaron a partir de pequeños arbustos leñosos o se relacionaron con los antepasados ​​de las gramíneas tropicales. Ambos puntos de vista se apoyan en la cladística, y el llamado woody hipótesis magnólida—Que propone que los primeros ancestros de las angiospermas eran arbustos como la magnolia moderna— también ofrece evidencia biológica molecular.

La angiosperma viva más primitiva se considera Amborella trichopoda, una pequeña planta nativa de la selva tropical de Nueva Caledonia, una isla del Pacífico Sur. Análisis del genoma de A. trichopoda ha demostrado que está relacionado con todas las plantas con flores existentes y pertenece a la rama más antigua confirmada del árbol genealógico de las angiospermas. El genoma nuclear muestra evidencia de una antigua duplicación del genoma completo. El genoma mitocondrial es grande y multicromosómico, y contiene elementos de los genomas mitocondriales de varias otras especies, incluidas algas y un musgo. Se considera que algunos otros grupos de angiospermas, llamados angiospermas basales, tienen rasgos ancestrales porque se ramificaron temprano del árbol filogenético. La mayoría de las angiospermas modernas se clasifican como monocotiledóneas o eudicots, según la estructura de sus hojas y embriones. Las angiospermas basales, como los nenúfares, se consideran de naturaleza más ancestral porque comparten rasgos morfológicos tanto con monocotiledóneas como con eudicots.


Flores y frutos como adaptación evolutiva

Las angiospermas producen sus gametos en órganos separados, que suelen estar alojados en una flor. Tanto la fertilización como el desarrollo del embrión tienen lugar dentro de una estructura anatómica que proporciona un sistema estable de reproducción sexual en gran parte protegido de las fluctuaciones ambientales. Con alrededor de 300.000 especies, las plantas con flores son el filo más diverso de la Tierra después de los insectos, que suman alrededor de 1.200.000 especies. Las flores vienen en una asombrosa variedad de tamaños, formas, colores, olores y arreglos. La mayoría de las flores tienen un polinizador mutualista, con las características distintivas de las flores que reflejan la naturaleza del agente polinizador. La relación entre las características de los polinizadores y las flores es uno de los grandes ejemplos de coevolución.

Después de la fertilización del óvulo, el óvulo se convierte en una semilla. Los tejidos circundantes del ovario se espesan y se convierten en una fruta que protegerá la semilla y, a menudo, asegurará su dispersión en un amplio rango geográfico. No todas las frutas se desarrollan completamente a partir de un ovario como "frutos falsos & # 8221 o pseudocarpos, se desarrollan a partir de tejidos adyacentes al ovario. Al igual que las flores, la fruta puede variar enormemente en apariencia, tamaño, olor y sabor. Los tomates, los pimientos verdes, el maíz y los aguacates son ejemplos de frutas. Junto con el polen y las semillas, las frutas también actúan como agentes de dispersión. Algunos pueden dejarse llevar por el viento. Muchos atraen animales que se comen la fruta y pasan las semillas a través de sus sistemas digestivos, luego depositan las semillas en otro lugar. Los cockleburs están cubiertos de espinas rígidas y en forma de gancho que pueden engancharse en la piel (o en la ropa) y engancharse a un animal en largas distancias. Los berberechos que se aferraban a los pantalones de terciopelo de un emprendedor excursionista suizo, George de Mestral, inspiraron su invención del cierre de bucle y gancho al que llamó Velcro.

Construcción de árboles filogenéticos con análisis de alineaciones de secuencias de ADN Todos los organismos vivos muestran patrones de relaciones derivados de su historia evolutiva. La filogenia es la ciencia que describe las conexiones relativas entre organismos, en términos de especies ancestrales y descendientes. Los árboles filogenéticos, como la historia evolutiva de las plantas que se muestra en la (Figura), son diagramas de ramificación en forma de árbol que representan estas relaciones. Las especies se encuentran en las puntas de las ramas. Cada punto de ramificación, llamado nodo, es el punto en el que un solo grupo taxonómico (taxón), como una especie, se separa en dos o más especies.


Se han construido árboles filogenéticos para describir las relaciones entre especies desde el primer boceto de un árbol que apareció en Darwin & # 8217s Origen de las especies. Los métodos tradicionales implican la comparación de estructuras anatómicas homólogas y el desarrollo embrionario, asumiendo que organismos estrechamente relacionados comparten características anatómicas que emergen durante el desarrollo embrionario. Algunos rasgos que desaparecen en el adulto están presentes en el embrión, por ejemplo, un embrión humano temprano tiene una cola postanal, al igual que todos los miembros del Phylum Chordata. El estudio de los registros fósiles muestra las etapas intermedias que vinculan una forma ancestral a sus descendientes. Sin embargo, muchos de los enfoques de clasificación basados ​​únicamente en el registro fósil son imprecisos y se prestan a múltiples interpretaciones. A medida que las herramientas de la biología molecular y el análisis computacional se han desarrollado y perfeccionado en los últimos años, ha ido tomando forma una nueva generación de métodos de construcción de árboles. La suposición clave es que los genes para proteínas esenciales o estructuras de ARN, como los ARN ribosomales, se conservan de manera inherente porque las mutaciones (cambios en la secuencia de ADN) posiblemente podrían comprometer la supervivencia del organismo. El ADN de muestras diminutas de organismos vivos o fósiles puede amplificarse mediante reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y secuenciado, dirigido a las regiones del genoma que tienen más probabilidades de conservarse entre especies. Los genes que codifican el ARN ribosómico 18S de la subunidad pequeña y los genes plástidos se eligen con frecuencia para el análisis de alineación del ADN.

Una vez obtenidas las secuencias de interés, se comparan con secuencias existentes en bases de datos como GenBank, que mantiene el Centro Nacional de Información Biotecnológica. Se encuentran disponibles varias herramientas computacionales para alinear y analizar secuencias. Los sofisticados programas de análisis informáticos determinan el porcentaje de identidad u homología de secuencia. La homología de secuencia se puede utilizar para estimar la distancia evolutiva entre dos secuencias de ADN y reflejar el tiempo transcurrido desde que los genes se separaron de un ancestro común. El análisis molecular ha revolucionado los árboles filogenéticos. En algunos casos, se han confirmado resultados previos de estudios morfológicos: por ejemplo, confirmando Amborella trichopoda como la angiosperma más primitiva conocida. Sin embargo, algunos grupos y relaciones se han reorganizado como resultado del análisis de ADN.

Resumen de la sección

Las plantas de semillas aparecieron hace aproximadamente un millón de años, durante el período Carbonífero. Dos innovaciones importantes fueron las semillas y el polen. Las semillas protegen al embrión de la desecación y le proporcionan una reserva de nutrientes para apoyar el crecimiento temprano del esporofito. Las semillas también están equipadas para retrasar la germinación hasta que las condiciones de crecimiento sean óptimas. El polen permite que las plantas con semillas se reproduzcan en ausencia de agua. Los gametofitos de las plantas con semillas se redujeron, mientras que los esporofitos se convirtieron en estructuras prominentes y la etapa diploide se convirtió en la fase más larga del ciclo de vida.

En las gimnospermas, que aparecieron durante el período Pérmico más seco y se convirtieron en el grupo dominante durante el Triásico, el polen fue dispersado por el viento y sus semillas desnudas se desarrollaron en las esporofilas de un estróbilo. Las angiospermas producen flores y frutos. Las flores amplían las posibilidades de polinización, especialmente por insectos, que han coevolucionado con las plantas con flores. Las frutas ofrecen protección adicional al embrión durante su desarrollo y también ayudan con la dispersión de semillas. Las angiospermas aparecieron durante la era mesozoica y se han convertido en la vida vegetal dominante en los hábitats terrestres.


26: Semillas - Biología

Nuestro objetivo es aplicar la tecnología de sensores DiSTAP para estudiar la producción de hormonas vegetales y metabolitos secundarios en las plantas y monitorear los cambios en su producción cuando las plantas están expuestas a diversas tensiones ambientales y condiciones de deficiencia de nutrientes. Esto permitirá el diagnóstico y el tratamiento tempranos de los cultivos por parte de los agricultores urbanos y ayudará a desarrollar nuevas técnicas para diseñar plantas con propiedades altamente deseables para la agricultura urbana, como plantaciones de alta densidad, mejores adquisiciones de nutrientes y resistencia a enfermedades.

Comprender la señalización y la respuesta de la planta

Una serie de eventos de señalización en las plantas implican la propagación de señales desde el sitio de percepción (hoja local) a otras partes de la planta (hojas sistémicas) para desencadenar la vía de expresión génica, mejorando así la adaptación de una planta y su aptitud bajo estrés. El laboratorio de CHUA está interesado en el estudio de la planta que puede reconocer el estrés ambiental y enviar la señal a las partes sistémicas a través de las especies reactivas de oxígeno (ROS) y la onda de Ca 2+. Aunque recientemente se han informado varias investigaciones, el mecanismo detallado aún no está claro debido a la limitación de la detección de ROS en plantas vivas. Utilizando un sensor basado en nanotubos de carbono de pared simple para la detección de ROS desarrollado en el laboratorio de STRANO, comprendemos con más detalle el mecanismo de respuesta al estrés de las plantas mediado por ROS en diferentes condiciones de estrés biótico y abiótico como heridas, estrés por calor, ataque de patógenos, etc. Resultados de estos estudios contribuirá a nuestro conocimiento en la señalización sistémica en las respuestas al estrés de las plantas y ayudará a desarrollar estrategias para mitigar las pérdidas de cultivos debido al estrés ambiental

Las plantas producen un conjunto específico de metabolitos secundarios en respuesta a diferentes tensiones para protegerse. El perfil de metabolitos es un campo emergente que puede ayudar a indicar el estado de salud fisiológica de las plantas mediante el análisis de los metabolitos secundarios de las plantas. Raman spectroscopy system developed in the RAM lab is used to identify the production of such stress-induced metabolites which will aid in early stress detection and provide an opportunity to growers to alleviate the stress before irreversible damage to plants occurs.

Plant hormones control various aspects of plant growth and development. Dr. DAISUKE lab have discovered novel genetic and pharmacological targets in plant stress responses and studied signal transduction systems. Dr. Daisuke group generate a series of mutants or transgenic plants that accumulate varying levels of the target metabolites and hormones. Levels of target molecules in these transgenic plants will be independently determined by analytical methods to establish a correlation with DiSTAP sensor signals.

Engineer Rice Plant with Less Accumulation of Toxic Elements

Arsenic (As) and Cadmium (Cd) are toxic elements and their entry into the food chain has a serious effect on food security and public health. Rice as an important staple food is a major source of As and Cd intake. As(III) is more bioavailable than As (V) and is the dominant form in paddy fields. As(V) is taken up by phosphate transporters. In root cells As(V) is rapidly reduced to As(III). As(III) uptake shares the highly efficient silicon pathway of entry to root cell and efflux towards the xylem. Some As(III) may be sequestered in the vacuoles of root cells or leaked out of the stele, thus decreasing As accumulation in rice shoots and grains. Similarly, several transporters involved in Cd uptake by roots, root-to-shoot translocation, and distribution to the grain have been identified in rice. Dr. YIN group investigates engineering rice plants with low As and Cd in rice seeds using genome editing and transgenic approaches. Rice lines with seeds that have low Cd and As accumulation will be selected and used for breeding of next generation of Temasek Rice.

Instituto de Tecnología de Massachusetts
Department of Chemical Engineering
77 Massachusetts Avenue, Building 66
Cambridge, MA 02139-4307


26: Seed Plants - Biology

The full collection is available to subscribers of The Plant Cell, ASPB Members, and Premium members of Plantae. Institutions in select Least Developed Countries can access these materials through Research4Life.

Teaching Tools in Plant Biology, published by the American Society of Plant Biologists, combines up-to-date peer-reviewed research-based content with flexible presentation components that can be used alone or integrated into your lesson plans so that you can confidently present these exciting topics in your classroom. We’ve addressed the stress and pressure busy educators face when devising course material by providing a short essay introducing each topic, PowerPoint slides, and suggested readings. An editorial innovation of The Plant Cell, one of the most trusted names in plant biology.

The following six Teaching Tools do not require a subscription.
    –First posted October 21, 2009, revised February 25, 2011
    (this lesson is available in 19 languages, from Catalan to Ukrainian) –First posted March 30, 2010, revised June 16, 2011 –First posted February 26, 2010, revised May 3, 2013 –First posted January 29, 2010, revised March 11, 2016 –First posted November 30, 2009, revised October 23, 2012 –First posted December 30, 2009, revised January 4, 2013

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GRADUATE PROGRAM

  • The requirements for Ph.D. students in the Plant Biology specialization are intended to ensure that students receive broad and interdisciplinary training in plant biology, cell biology, genomics, and bioinformatics.
  • Students are expected to develop not only technical expertise, but also the critical thinking skills necessary for a rewarding career as an independent scientist.
  • All Ph.D. students in Plant Biology follow the first-year program of BISI-MOCB including the core courses, laboratory rotations and seminars for all entering BISI-MOCB graduate students.
  • An advisory committee, in consultation with the research advisor, then helps each student choose the advanced courses that are appropriate for his/her research plans and career objectives.
  • In addition to formal courses, the program provides opportunities for critical discussion of the scientific literature through seminar courses and journal clubs.
  • Students have ample opportunities to present their research and receive feedback from peers and faculty members at the weekly departmental Research In Progress(RIP) seminar series and monthly group meetings of Genetics with Eukaryotic Model Systems (GEMS) and the Arabidopsis thaliana Research Initiative at UM (ATRIUM).
  • Students also participate in and present their research at annual regional meetings, such as the “Plant Biology Mini-Symposium”, the Mid-Atlantic Section of the American Society of Plant Biologists meetings and the Annual Mid-Atlantic Plant Molecular Biology Society Meeting, which bring together scientists from academia, industry and government agencies in the mid-Atlantic region and beyond.
  • Our Ph.D. graduates (and postdocs) go on to postdoctoral, faculty and independent scientist positions at prominent universities, biotechnology companies and federal government agencies.

Graduate Courses in Plant Biology and related field

  • Cell Biology I, Structure and Function (Song, Cao, Jose)
  • Nucleic Acid Research (Khan)
  • Genetics I, Gene Expression (Dinman)
  • Genetics II (Mount)
  • Plant Development and Physiology I (Sze/Kwak)
  • Plant Development and Physiology II (Liu)
  • Plant Biology Journal Club (Kwak, Chang, Sze, Liu)
  • Principles of Microscopy (Wolniak)
  • Programming for Biology (Mount and El-Sayed)
  • Bioinformatics and Genomics (El-Sayed and Cummings)
  • Bioethics (Simon or Pick)
  • CBMG and MOCB Seminar Colloquium

Faculty in Plant Biology and Research Areas

Department of Cell Biology & Molecular Genetics (CBMG)

Caren Chang, Arabidopsis, ethylene signal transduction

Todd Cooke, Evolution of developmental mechanisms

Charles F. Delwiche, Molecular systematics, phylogeny, and evolution

José Feijó , Plant Reproduction: pollen tube growth and fertilization ion signalling

Steven Hutcheson, Biofuel, microbial genomics

June Kwak, Arabidopsis, abscisic acid signaling

Zhongchi Liu, Reproductive development in Arabidopsis and strawberry

Stephen Mount, Arabidopsis, pre-mRNA splicing

Donald Nuss, Chestnut Blight Fungus, Gene silencing

Heven Sze, Transport and ion homeostasis in plants

Participating faculty from other units

Department of Plant Science and Landscape Architecture (PSLA)

Priscila Chaverri, Biodiversity, systematics, molecular phylogenetics, evolution of fungi

Gary Coleman, Functional genomics of forest tree development

Angus Murphy, Plant hormone transport and modification of plant architecture

Maile Neel, Biodiversity and conservation

Jianhua Zhu, Abiotic stress, epigenetics, miRNA

Institute for Bioscience and Biotechnology Research (IBBR)


Ethylene and pea seed germination

Pea seeds are non-endospermic: The embryo of mature seeds of Pisum sativum consists of the embryonic axis and the cotyledons. The fleshy storage cotyledons make up most of the seed's volume and weight. The pea embryo is enclosed by the testa and the endosperm is obliterated during seed development, when it's nutrients are taken up by the embryo. References on pea seed development: Marinos, Protoplasma 70: 261-279 (1970) and Hardman, Aust J Bot 24: 711-721 (1976).

Drawing of a mature pea (Pisum sativum) seed, a typical non-endospermic seed with storage cotyledons and the testa as sole covering letters. © 2003 G. LeubnerDrawing

  • Ethylene and pea seed germination: Increased ethylene evolution accompanies seed germination of many species including P. sativum. We found that Ethylene promotes ethylene biosynthesis during pea seed germination by positive feedback regulation of 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid oxidase (ACC oxidase ACO). An early onset and sequential induction of ACC biosynthesis, Ps-ACO1 mRNA and ACO activity accumulation and ethylene production were localized almost exclusively in the embryonic axis, but not in the cotyledons of germinating pea seeds (Pea Figure 2). Ethylene-independent signalling pathways regulate the spatial and temporal pattern of ethylene biosynthesis, whereas the ethylene signalling pathway regulates high-level ACO expression in the embryonic axis, and thereby enhances ethylene evolution during seed germination.
  • Ethylene-sensitive pea class I ß-1,3-glucanase (ßGLU I) is induced exclusively in the embryonic axis, but not the cotyledons of germinated seeds. We found Distinct ethylene- and tissue-specific regulation of ß-1,3-glucanases and chitinases during pea seed germination.
  • Ethylene-biosynthesis and -responsiveness are localized to the elongation and differentiation zones of the pea radicle. Ethylene-indution of Ps-ACO1 and ßGlu I are localized in this tissues and ethylene induces root hair formation and elongation.We found a calcium requirement for ethylene-dependent responses involving ACO in radicle tissues of germinated seeds.

Cover photograph of the May 2003 issue of Plant, Cell & Environment:

Germinated seeds of Pisum sativum showing the effect of ethylene on radicle growth. Seeds were
germinated (48 h) and then treated for 8 h with (left) or without (right) 30 µL / L ethylene


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