Caracteres estructurales y ultraestructurales de la gametogénesis de Chara hydropitys (Charophyceae) / Structural and ultrastructural characters of the gametogenesis of Chara hydropitys (Charophyceae)

RESUMEN

Resumen Los oosporangios y anteridios de Charophyceae son los órganos de reproducción sexual femeninos y masculinos respectivamente. Estas estructuras se caracterizan por su complejidad morfológica y utilidad en taxonomía y sistemática. En el presente trabajo se describen los detalles estructurales y ultraestructurales de la gametogénesis en Chara hydropitys. El material fértil del alga se recolectó en una quebrada tributaria del Río Meléndez en la ciudad de Cali, Colombia (3º21´23´´N - 76º32´5.2´´W). Los especímenes fueron fijados y procesados de acuerdo a los protocolos estándar para la inclusión en resina y obtención de secciones finas que se colorearon con toluidina O (0.3-0.7 μm) para su observación en microscopía fotónica y secciones ultrafinas (60-90 nm) para microscopía electrónica de transmisión (MET). Además, se procesaron muestras para microscopio electrónico de barrido (MEB). Los oosporangios están recubiertos por las células espirales que forman de 10-12 circunvoluciones y terminan en cinco células coronulares. La pared de los oosporangios inmaduros está formada por dos capas que corresponden a la pared de las células espirales y de la oosfera. Al madurar la pared del oosporangio tiene seis capas adicionales, tres de las cuales son aportadas por la oospora y las tres restantes por las células espirales. La oosfera aumenta progresivamente de tamaño a medida que las células espirales crecen y se dividen. En el citoplasma de la oosfera inmadura no se aprecian inclusiones citoplasmáticas conspicuas, pero con la maduración el número de gránulos de almidón aumenta llegando a ocupar la mayor parte del volumen celular. En las células espirales del oosporangio maduro se observan numerosos cloroplastos con prominentes depósitos de almidón entre las lamelas tilacoidales y una vacuola que ocupa casi toda la célula. En las observaciones con MEB se aprecia que la pared externa de la oospora, sobre la zona de la fosa presenta microornamentaciones de tipo verrucado. En los anteridios maduros las células del escudo están fuertemente pigmentadas de color naranja por la presencia de numerosos plastoglóbulos entre las lamelas tilacoidales. De las células del capítulo secundario se desarrollan los filamentos espermatógenos que por divisiones mitóticas unidireccionales y sincrónicas forman los espermatocitos. A partir de estas células haploides por espermiogénesis se desarrollarán los anterozoides biflagelados. Los eventos subcelulares relacionados con estos procesos de división y diferenciación celular incluyen inicialmente cambios en la condensación de la cromatina, pérdida del nucléolo y mayor actividad de los dictiosomas. Posteriormente, el citoplasma se retrae y los orgánulos se alinean a lo largo del núcleo condensado y del aparato flagelar. Los anterozoides maduros emergen a través de un poro lateral de la pared de los espermatocitos. Todos los eventos descritos indican que los procesos de gametogénesis y los detalles estructurales de los gametos son por lo general características ampliamente conservadas en este grupo de algas.

ABSTRACT

Abstract InCharophyceae, the oosporangia and antheridia are the respective female and male structures of sexual reproduction. These organs are characterized by their morphological complexity and usefulness in taxonomy and systematics. Here we described the structural and ultraestructural details of Chara hydropitys gametogenesis. The fertile material from the algae was collected in a tributary stream of the Río Meléndez in Cali, Colombia (3º21´23´´N - 76º32´5.2´´W) in March 2011. The specimens were fixed and processed following the standard protocols for inclusion in resin. Thin sections (0.3-0.5 μm) were stained with toluidine O, and were observed by photonic microscopy, and additional ultrathin sections (60-90 nm) were observed by transmission electron microscopy (TEM); other samples were processed and observed by scanning electron microscopy (SEM). We found that the oosporangia are covered with spiral cells, forming 10-12 convolutions and ends in five coronula cells. The immature oosporangia wall is formed by two layers that correspond to the wall of the spiral cells and to the oosphere. In mature stages, the oosporangia wall is composed by six additional layers, three of them are provided by the oosphere and the other three are provided by the spiral cells. Oosphere size increases progressively while the spiral cells grow and divide. The cytoplasm of the immature oosphere does not exhibit conspicuous cytoplasmic inclusions, nevertheless, with the maturation, the number of starch granules increases, occupying most of the cell volume. In the spiral cells of the mature oosporangia we observed large number of chloroplast with starch accumulations, between thylakoid lamellae and a vacuole that occupies almost the entire cell. By using SEM it was possible to appreciate, that the external wall of the oospore, more accurately, on the fossa area, shows verrucose micro-ornamentations with verrucae elevations. In mature antheridia, shield cells are strongly pigmented orange due to the presence of a large number of plastoglobules between thylakoid lamellae. The spermatogenous filaments are developed from cells of the secondary capitulum; those, by unidirectional and sincronic mitotic divisions develop the spermatocytes. The biflagellate antherozoids are developed from the haploid cells by spermiogenesis. The subcellular events related with these division and differentiation processes, include first, chromatin condensation, loss of nucleoli and more activity in dictyosomes. Subsequently, retracts the cytoplasm and the organelles are aligned along the condensed nucleus and flagellar apparatus. Mature antherozoids emerge through a side wall pore of the spermatocytes. All the described events showed that the gametogenesis processes and the gametes structural details in general, are widely conserved in this algae group.