Male gametophyte development and cytogenetics of natural diploid and polyploid species of the South American genus Lessingianthus (Asteraceae, Vernonieae)

Abstract

In view of the scarce cytoembryological knowledge of Lessingianthus and in order to understand the contribution of polyploidy to the evolution of the genus we perform a developmental survey of anthers with the main objective of study if the different ploidy level affect the anther and pollen development in Lessingianthus species and infer the male fertility of diploid and polyploid species. Our results showed that diploid and polyploid species have normal anther development, thus polyploidy did not affect the anther wall development. The following male embryological traits are conserved among the species: tetrasporangiate anthers, four-layered anther wall of dicotyledonous development, with uniseriate persistent epidermis, invasive tapetum, tetrahedral or isobilateral tetrads, and 3-celled pollen grains. Diploid and polyploid species had high male fertility: both presented relatively high meiotic regularity and therefore formed normal viable spores independently of the ploidy level. Lessingianthus argenteus, the only species with high irregular behavior, might be a neopolyploid species. The eight studied species of the genus presented different percentages of meiotic irregularity at the different phases observed. In diploid specimens the irregularities were concentrated in anaphase of meiosis I, whereas in polyploid specimens the irregularities were dispersed through the phases of meiosis II. The main abnormal behavior identified, and therefore the main mechanisms of unreduced microspore formation, were chromosomes out of plate, bridges without fragments and asynchrony of meiosis I and II. These features broadened the male cytoembryological knowledge of the genus, confirming the suggestion that embryological characters related to male gametophyte development are conserved among the studied species. The results contribute to understand the mechanisms of polyploid formation which is an important process during the evolution of the genus.

En vista del escaso conocimiento citoembriológico de Lessingianthus y con el fin de comprender la contribución de la poliploidía a la evolución del género, realizamos un estudio de desarrollo de las anteras con el principal objetivo de estudiar si los diferentes niveles de ploidía afectan el desarrollo de las anteras y el polen en las especies de Lessingianthus, e inferir la fertilidad masculina de las especies diploides y poliploides. Nuestros resultados mostraron que las especies poliploides tienen desarrollo normal de las anteras, por lo tanto la poliploidía no afecta el desarrollo de la pared de las anteras. Los siguientes caracteres embriológicos masculinos están conservados entre las especies: anteras tetrasporangiadas, pared de la antera de cuatro capas de desarrollo dicotiledóneo, epidermis uniseriada persistente, tapete invasivo, tétradas tetraédricas o isobilaterales, y granos de polen tricelulares. Tanto las especies diploides como las poliploides tienen una alta fertilidad masculina: ambas presentan una regularidad meiótica relativamente alta y, por tanto, forman esporas viables normales independientemente del nivel de ploidía. Lessingianthus argenteus, la única especie con un comportamiento irregular elevado, podría ser una especie neopoliploide. Las ocho especies estudiadas del género presentaron diferentes porcentajes de irregularidad meiótica en las distintas fases observadas. En los ejemplares de las especies diploides las irregularidades se concentraron en la anafase de la meiosis I, mientras que en los ejemplares de las especies poliploides las irregularidades se dispersaron por las fases de la meiosis II. Los principales comportamientos anormales identificados, y por tanto los principales mecanismos de formación de microsporas no reducidas, fueron cromosomas fuera de placa, puentes sin fragmentos y asincronía de las meiosis I y II. Estos caracteres amplían el conocimiento citoembriológico masculino del género, a la vez que confirman que los caracteres embriológicos relacionados al desarrollo del gametofito masculino son conservados entre las especies estudiadas. Los resultados contribuyen a la comprensión y determinación de los mecanismos de formación de poliploides, un proceso importante durante la evolución del género.