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Leaf anatomy characterization of four Apochloa species: a C3 genus related to evolution of C4 pathway in grasses
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RESUMEN:
Las características de la anatomía de la hoja proporcionan evidencias importantes sobre la transición entre las vías C3 y C4. La fotosíntesis C4 surgió para reducir la tasa de fotorrespiración C3, concentrando el CO2 alrededor del sitio de la Rubisco y utilizando estructuras y maquinaria ya presentes en las plantas C3. En monocotiledóneas, se observa un alto número de linajes C4, la mayoría de ellas filogenéticamente relacionadas con grupos C3. El género C3 Apochloa, que pertenece a la subtribu Arthropogoninae, está relacionado con dos géneros C4 Coleataenia and Cyphonanthus. En este contexto, el objetivo fue evaluar cuatro especies de Apochloa para establecer las características anatómicas relacionadas con la evolución de la via C4 en este grupo. Se colectaron hojas completamente expandidas de A. euprepes, A. lorea, A. molinioides y A. poliophylla y se determinaron las características de las células del mesófilo (M) y del haz de la vaina (HV) a partir de secciones transversales de la hoja. Las especies presentaron una anatomía rústica de Kranz con células HV agrandadas y de distribución radial, con pocas organelas organizadas en posición centrífuga. Aunque las modificaciones de las células HV están probablemente relacionadas con el mantenimiento del estado hídrico de la planta, se puede inferir que facilitan el establecimiento de la fotosíntesis en los géneros C4 relacionados.
Abstract
Leaf anatomy characteristics provide important evidences about the transition between C3 and C4 pathways. The C4 photosynthesis pathway allowed to reduce the C3 photorespiratory rate, concentrating CO2 around the Rubisco site and using structures and machinery already presented in C3 plants. In monocots, it is observed a high number of C4 lineages, most of them phylogenetically related to C3 groups. The genus Apochloa (C3), subtribe Arthropogoninae, is related to two C4 genera Coleataenia and Cyphonanthus. The aim of this study was to evaluate four Apochloa species in order to establish anatomical characteristics related to the evolution of C4 pathway in this group. By means of transverse sections fully expanded leaves of A. euprepes, A. lorea, A. molinioides, and A. poliophylla were collected and the characteristics of the mesophyll (M) and bundle sheath (BS) cells were determined. These species showed a rustic Kranz anatomy with enlarged and radial arranged BS cells, which have few organelles organized in a centrifugal position. Although the modifications of BS cells are probably related to the maintenance of plant water status, we also discuss the evolution for the establishment of C4 photosynthesis in the related C4 genera.
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MENDONÇA, A. M. das C.; VIANA, P. L., BARBOSA, J. P. R. A. D. Leaf anatomy characterization of four Apochloa species: a C3 genus related to evolution of C4 pathway in grasses. Acta Biológica Colombiana, Bogotá, v. 26, n. 1, p. 12-18, ene./abr. 2021. DOI: http://dx.doi.org/10.15446/abc.v26n1.83228.
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