Gravi-Sensitivity of Mosses and Their Gravity-Dependent Ontogenetic Adaptations

Abstract

Gravi-morphoses affect the variability of plants and are the morphogenetic adaptation to different environmental conditions. Gravity-dependent phenotypic plasticity of gametophytes as well as gravi-sensitivity of moss protonemata in microgravity and simulated microgravity conditions are discussed. The moss protonema, a filamentous multicellular system, representing a juvenile stage of moss development, develops as a result of the elongation and division of the apical cell. This apical cell of the protonema is a unique object for research on moss gravi-sensitivity, as graviperception and gravitropic growth occur within the same single cell. Attention is focused on the influence of gravity on bryophyte ontogenesis, including the gravitropic reactivity of moss protonemata, gravi-sensitivity at the stage of leafy shoot development and sporogonium formation, gravity-influenced morphogenesis of apical cell budding, and gravity-dependent spiral growth patterns. The role of gravireceptors in the growth processes of mosses at the cellular level under microgravity conditions are being discussed, as well as the involvement of auxin transport, Ca2+-induced gravitropism and the cytoskeleton in gravitropic reactions.

Space Biology Projects in Ukraine: Nowadays Trends

“…О. В. Лобачевська, зав. відділу екоморфогенезу мохів Інституту екології Карпат Національної академії наук України) та публікація статті "Gravi-sensitivity of mosses and their gravity-dependent ontogenetic adaptations" в журналі Life [57] відроджують такого роду дослідження цієї унікальної групи вищих рослин, які достатньо широко проводилися у минулому столітті [33,87,88,90,91], але дещо занепали сьогодні в силу об'єктивних причин.…”

“…Виконавцями проєкту встановлено, що гравітропізми та гравіморфози мохів є видоспецифічними, залежать від взаємодії світла та гравітації та мають адаптивне значення у стресових умовах [54,56]. Габітус рослин визначається передусім типом галуження головних і бокових гілок різного порядку.…”

“…Визначено коефіцієнт галуження і кут нахилу латеральних галузок гравітропної протонеми антарктичних видів мохів P. arcticum і B. caespiticium під впливом інгібіторів транспорту ауксину. Цілковито доведено залежність інтенсивності гравісприйняття і гравітропізму, галуження та росту гаметофіту від полярного розподілу і транспорту ауксину, що забезпечує ефективність модуляції граві-і фототропізму і є основою для морфологічної мінливості гаметофіту у різних екологічних умовах [57]. Звернуто увагу на епігенетичний контроль, зокрема метилювання ДНК, пластичності онтогенезу мохів у процесі адаптації до екстремальних умов довкілля.…”

“…Ультрафіолетове опромінення активувало синтез УФ-АС та збільшення вмісту флавоноїдів у гравітропних пагонах і гаметофітній дернині B. caespiticium. На відміну від судинних рослин, УФ-АС у бріофітів максимально зосереджувалися у клітинній стінці, створюючи ефективний екран від УФ пошкодження клітин [49,57]. В цілому встановлені авторами проєкту закономірності гравіреакцій досліджених видів мохів різних екотопів чітко визначили екологічну роль гравіморфозів в адаптації рослин до умов довкілля в сьогоденних реаліях зміни клімату та посилення антропогенного впливу на біосферу.…”

Analysis of auxin responses in the fernCeratopteris richardiiidentifies tissue ontogeny as a major determinant for response properties

“…One exception might exist, as both Arabidopsis root hairs and Marchantia rhizoids — transcriptionally homologues structures (Jones and Dolan, 2012; Menand et al, 2007) — extend and initiate upon auxin treatment (Flores-Sandoval et al, 2015). Other processes are superficially similar, like gravitropism (Lobachevska et al, 2022; Rashotte et al, 2000; Zhang et al, 2019), but are not comparable on a cellular and tissue level. Many auxin responses in bryophytes can not thus directly be compared to those in tracheophytes, and therefore the question remains which part of the response is dependent on tissue ontogeny and which on species phylogeny.…”