Characterization of programmed cell death in the endosperm cells of tomato seed: two distinct death programs

摘要

Programmed cell death (PCD) is a requisite, genetically controlled process in plants resulting in the death of particular cells and tissues and the recycling of the cellular constituents back to the organism. PCD in the lateral and micropylar endosperm cells during and following germination of tomato (Solanum lycopersicum L.) seeds was characterized by transmission electron microscopy, by terminal d-UTP nick-end labelling of nuclei, and agarose gel electrophoretic analysis of genomic DNA. Postgerminative cells of lateral and micropylar endosperm displayed morphologies and terminal d-UTP nick-end labelling positive nuclei consistent with PCD. PCD was not detected in the lateral endosperm in the absence of the embryo. The embryo's effect on promoting lateral endosperm PCD could be substituted with gibberellic acid at 50μmol/L. Micropylar endosperm cells undergo PCD irrespective of incubation with or without the embryo; gibberellic acid only hastens the onset of PCD morphology. Precursor protease vesicles, novel endoplasmic reticulum derived organelles considered markers of PCD, were observed in postgerminative lateral and micropylar endosperm cells. Internucleosomal laddering was not detected in endospermic DNA. These results suggest that a late postimbibition gibberellic acid linked mechanism promotes PCD in the lateral endosperm, whereas the promotion of PCD in the micropylar endosperm occurs early in, or prior to, imbibition.L'apoptose, ou mortalité cellulaire programmée (PCD), est un processus nécessaire et génétiquement contrôlé conduisant à la mort de certaines cellules et tissus, avec un recyclage des constituants cellulaires vers l'organisme. Les auteurs ont caractérisé l'apoptose dans les cellules latérales et micropylaires de l'endosperme, au cours et suite à la germination de graines de tomate (Solanun lycopersicon L.), à l'aide de la microscopie électronique par transmission, du marquage terminal d-UTP nick-end (TUNEL) des noyaux et de l'analyse génomique électrophorétique de l'ADN, sur gel d'agarose. Les cellules post-germinatives latérales et micropylaires de l'endosperme montrent des morphologies ainsi que des noyaux positifs au TUNEL, congruents avec l'apoptose. On ne détecte pas d'apoptose dans l'endosperme latéral, en absence d'embryon. L'effet de l'embryon sur la promotion de l'apoptose de l'endosperme latéral peut être remplacé par de l'acide gibbérellique 50 μmol/L. Les cellules micropylaires de l'endosperme subissent l'apoptose, indépendamment d'une incubation avec ou sans embryon; l'acide gibbérellique ne fait que hâter la morphologie de l'apoptose. Chez les cellules latérales et micropylaires de l'endosperme, on observe des précurseurs de vésicules protéasiques (PPVs); ce sont de nouveaux organelles dérivés du réticulum endoplasmique, considérés comme marqueurs de l'apoptose. On ne détecte pas de formation d'échelles internucléosomales dans l'ADN de l'endosperme. Ces résultats suggèrent qu'un mécanisme de post-imbibition tardif, lié à l'acide gibbérellique, favorise l'apoptose dans les cellules latérales, alors que l'apoptose dans l'endosperme micropylaire survient tôt pendant, ou avant, l'imbibition.